镁、锌和锶离子掺杂硅酸钙涂层成骨行为比较研究

等离子体喷涂硅酸钙(Ca-Si)涂层中掺入Mg~(2+)、Zn~(2+)和Sr~(2+)能够显著降低生理环境下涂层降解速率并可改善涂层的生物性能。然而,涂层生物性能的提高机理并不明确,尤其是掺入离子的贡献仍缺少直接的证据。本文通过减小涂层表面物理特征差异以及Ca和Si离子释放的干扰,考察Mg~(2+)、Zn~(2+)和Sr~(2+)掺杂对硅酸钙基涂层(Ca_2MgSi_2O_7,Ca_2ZnSi_2O_7和Sr-CaSiO_3)促成骨能力的影响。通过优化工艺参数,获得具有相似粗糙度、结晶度和表面形貌的涂层样品。涂层样品在浸泡过程中释放的Ca和Si离子浓度接近。结果表明,MC3T3-E1细胞在Mg掺杂的涂层表面粘附与增殖最显著。Zn掺杂涂层表面能够显著促进成骨分化早期标记物(COL-I和ALP)基因表达。Sr掺杂涂层表面能够显著促进成骨分化晚期标记物(OPN和OC)基因表达并能诱导矿化骨节大量形成。Mg~(2+)、Zn~(2+)和Sr~(2+)在成骨不同阶段的调控作用能够为骨修复涂层材料设计提供一定的理论基础。     

Ti/TiO_2/BGC生物活性复合材料的制备及其性能研究

以纯钛金属为基体,采用阳极氧化法在钛基体表面原位生长TiO_2纳米氧化层,采用溶胶凝胶法在TiO_2纳米氧化层表面涂覆生物活性微晶玻璃涂层(BGC)。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、涂层附着划痕试验、人体体液模拟试验,分析BGC涂层的形貌和物相,评价涂层的生物活性,研究不同摩尔分数的CaF_2对涂层结合力的影响规律。结果表明:引入TiO_2微纳米氧化层后,材料表面的接触角变小,亲水能力提高,钛基体与涂层之间的结合力提高了27%左右;当CaF_2摩尔分数为4%时,钛基体与涂层之间的结合力最大为64 N;Ti/TiO_2/BGC复合材料在模拟体液中浸泡7 d后,材料表面生成大量的羟基磷灰石。     

多孔钛合金表面处理及生物学性能研究

钛合金具有硬度高,耐磨损,生物相容性好等优点,在骨科植入物和骨组织修复领域的应用越来越广泛。但是,未经处理的钛合金表面通常表现出较差的细胞黏附性,不利于骨整合。为了激发钛合金材料的生物活性,需要对其表面进行改性处理。本研究采用碱热处理（AHT）的方式对由激光粉末床熔合技术（LPBF）制备的多孔Ti6Al4V合金材料进行表面改性,考察了碱溶液浓度和处理时间对钛合金材料表面形貌的影响,并对表面改性后的试样进行了生物相容性测试。结果表明,试样经过酸洗预处理后,在60℃恒温条件下浸泡于7 mol/L NaOH溶液中并保温1 h,经过高温烧结得到的试样表面形成了形态良好、分布均匀的纳米网状钛酸钠涂层,再经过模拟体液浸泡培养10 d,形成磷灰石涂层。采用直接接触的方式将骨髓间充质干细胞（hBMSC）接种在试样上,培养48 h,测得碱热处理且经过模拟体液浸泡试样的细胞相对活性明显高于未经处理的试样。     

超疏水表面功能材料研制成功

近日,中国科学院兰州化学物理研究所（简称兰化所）研究人员利用简便、经济、实用的复合有机涂层材料制备方法,于铝、铜、钢等金属材料表面构筑出了具有微／纳米结构的超疏水表面功能涂层材料,解决了超疏水涂层材料在工程应用中构筑方法复杂、工程实用困难的关键技术问题。项目研究组利用聚四氟乙烯和聚苯硫醚复合聚合物采用一步成膜法构筑出的表面同时具备低表面能疏水基团及多孔网络微纳米结构的超疏水涂层。     

微弧氧化和碱处理对钛的细胞黏附和骨植入行为的影响研究

<正>海南大学与南京理工大学的科研工作者联合考察了微弧氧化处理和碱处理对钛表面形貌、涂层成分、羟基磷灰石沉积能力、细胞黏附性、骨内植入效果的影响。结果表明,经微弧氧化和碱复合处理后,钛表面TiO2薄膜呈现大量裂缝,表现出表面含大量OH-极性基团的纳米多孔网状结构,此微观结构和组成使材料诱导羟基磷灰石生成能力显著,利     

碳化硅复合镍磷合金涂层的组织结构、显微硬度及腐蚀性能研究

镍基复合涂层是一项有望替代电镀铬涂层的先进绿色环保表面处理技术。 本文在铝合金表面制备了纯 Ni、 NiP及其与SiC复合涂层, 利用SEM、 EDS和XRD研究了Ni、 NiP及其复合涂层的微观形貌、 成分与组织结构, 利用显微硬度计与电化学工作站研究了其硬度与耐腐蚀性能。 研究结果表明： SiC 复合电镀纯镍涂层的表面较为 粗糙, SiC 复合电镀镍磷合金涂层中晶粒轮廓明显; 电沉积镍磷合金涂层的相结构包括晶体 Ni2P、 Ni12P5 和非晶 NiP。 铝合金基体表面 Ni-P 合金涂层的显微硬度显著高于纯 Ni 涂层, 引入 SiC 纳米颗粒形成复合涂层可提高其 显微硬度; SiC 颗粒有助于提高复合涂层在氯化钠溶液中的腐蚀电位, 降低腐蚀电流密度, 提高其耐蚀性能。     

真空等离子喷涂HA/Ta复合涂层

羟基磷灰石(HA)具有良好的生物相容性和骨传导能力,采用等离子体喷涂技术在钛合金等金属基材上制备的HA涂层材料已在临床医学上被广泛使用。但是,HA涂层与钛合金基材之间较低的结合强度影响了植入物在体内的长期使用。本文采用真空等离子体技术制备钽(Ta)掺杂的HA涂层,以期在保持其良好生物学性能的同时提高其结合强度。HA/Ta复合涂层的微观形貌、元素组成和相组成由SEM及配套的能谱仪(EDS)和XRD分析技术表征。按ASTMC-633标准对涂层的结合强度进行了测试。将涂层试样浸泡于模拟体液中以评估其生物活性。结果表明:Ta增强HA涂层具有粗糙的表面和层状结构,其结合强度随着Ta含量的增加而增加。掺60%Ta(H4T6)涂层的结合强度达到37.2MPa,约为HA涂层的1.9倍。模拟体液浸泡试验显示,掺钽HA涂层表面形成了类骨磷灰石,表明具有良好的生物活性。     

HVOF制备纳米WC-10Co4Cr涂层的微观组织及抗冲蚀性能

为提高水轮机表面抗泥沙冲蚀性能,本实验采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在不锈钢(0Cr13Ni5Mo)基体上分别制备微米和纳米结构的WC-10Co4Cr涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)分析不同结构WC-10Co4Cr粉末和涂层的微观组织结构,并对涂层的显微硬度、结合强度和抗冲蚀性能进行对比,探讨涂层泥沙冲蚀机理。结果表明:HVOF制备的纳米结构WC-10Co4Cr涂层组织致密,涂层的显微硬度、结合强度高于微米涂层,冲蚀质量损失远小于微米涂层;纳米结构可细化涂层晶粒,增强涂层的显微硬度和韧性,提高涂层的抗微切削和抗疲劳剥落性能,有利于涂层的抗泥沙冲蚀性能。     

连铸机拉矫辊辊面激光重熔纳米ZrO2基涂层性能

 为了提高连铸机拉矫辊的使用寿命,在H13钢表面等离子喷涂常规级和纳米级两种规格的ZrO2涂层,并对其进行激光重熔处理。利用有限元软件ABAQUS分析热障涂层对拉矫辊温度场的影响,利用激光共焦显微镜观察涂层表面和断面的组织结构,利用场发射扫描电子显微镜（SEM）测量涂层断面的元素分布,采用Gleeble-3800热模拟试验机考查涂层的抗热冲击性,结果发现,经激光重熔之后纳米级ZrO2涂层的孔隙率和微裂纹数量都明显少于常规级ZrO2涂层,并且纳米级ZrO2涂层的抗热冲击性都优于常规级涂层。     

TiO_2纳米颗粒自清洁航空涂料的性能研究

以有机硅改性聚氨酯树脂为主要成膜物质,经氟硅烷进行表面改性后的TiO2纳米颗粒作为无机填料,制备具有自清洁功能的航空涂料。利用透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)及接触角分析仪对氟硅烷的改性机制进行了分析,讨论了改性TiO2纳米颗粒的用量对涂层疏水性及其力学性能的影响,探讨了表面微观结构和涂层疏水性能之间的关系,并分析了有效改善涂层力学性能的技术途径。结果表明,氟硅烷分子水解后相互联结,在TiO2纳米颗粒表面形成一层氟硅烷分子包覆层,提高了TiO2纳米颗粒的分散性及疏水性。随着氟硅烷改性后的TiO2纳米颗粒添加量逐渐增多,制备的有机涂层表面粗糙度逐渐增大,疏水效果越来越明显。当改性TiO2纳米颗粒的用量为24%时,涂层具有超疏水性,水接触角为151.40°,涂层表面为微纳米双重粗糙结构。通过在基底表面刷涂一层质量分数为5%~15%的硅烷偶联剂(KH-550)乙醇溶液,可以提高涂层的力学性能,达到航空涂料的基本使用要求。     

Hydroxyapatite and Fluoridated Hydroxyapatite Coatings and Their Effects on Commercially Pure Magnesium Corrosion Response

Dicalcium-phosphate dehydrate, converted to hydroxyapatite by post-treatment in sodium hydroxide, and fluoridated hydroxyapatite were electrodeposited on commercially pure magnesium substrates that were pretreated with sodium hydroxide. The coatings’ crystalline structure, thickness, scratch hardness, morphology and chemical composition were characterised by GIXRD, microscratch testing platform, SEM and EDS. The results showed that the apatite coatings had highly crystalline structure, acceptable scratch hardness, flake-like morphology and acceptable chemical composition. Corrosion behaviour of the uncoated and coated substrates was investigated by potentiodynamic polarization and immersion tests in simulated body fluid. The coated substrates, especially fluoridated hydroxyapatite coated substrates, showed significantly lower corrosion rates compared to uncoated substrates. The polarisation curves showed that the coatings hindered anodic reactions; the corrosion potentials were shifted toward less-negative. In general, this study concluded that the corrosion rate of commercially pure magnesium could be significantly decreased to be a candidate for future cost-effective biodegradable orthopaedic implants.     

三价铬超声-脉冲电沉积Fe-Ni-Cr/SiC纳米复合镀层

利用超声-脉冲复合电沉积法,在三价铬镀液体系中,添加羧酸盐-尿素配合剂和SiC纳米颗粒,制备了Fe-Ni-Cr/SiC纳米复合镀层.研究了超声-脉冲工艺参数与SiC纳米粒子复合量、Cr含量及镀层厚度的关系;利用稳态极化曲线和循环伏安法分析了超声波对阴极电化学行为的影响.结果表明,超声-脉冲作用均有利于基质金属Fe、Ni和Cr的电沉积,提高了镀层中SiC和Cr的含量以及镀层的厚度.利用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪对Fe-Ni-Cr/SiC纳米复合镀层的表面形貌、微观结构和组成等进行表征,发现采用该技术可制备厚度为23.56μm,SiC和Cr质量分数分别为4.1%和25.1%的Fe-Ni-Cr/SiC纳米复合镀层.磨损量和腐蚀曲线测试结果表明,SiC含量高的复合镀层,其耐磨性和耐蚀性更好.      

硬质合金复合涂层的结合强度与失效机理

通过4种硬质合金基体和3种TiN/TiCN/Al<,2>O<,3>TiN复合涂层的组合,采用化学气相沉积(CVD)法制备12种涂层顾质合金样品,借助划痕试验机、扫描电镜和能谱仪测定涂层与基体的结合强度,观察划痕的形貌,测定划痕的微区成分.结果表明,基体成分和WC的晶粒度,以及涂层的成分和厚度对涂层与基体的结合强度有明显...     

预合金化时间对热成形钢锌基镀层组织和成分的影响

 利用扫描电子显微镜及附属EDS能谱仪研究了不同预合金化时间对热成形钢22MnB5锌基镀层组织形貌及成分分布的影响规律。结果表明,试样在加热之后,镀层表面氧化物主要为ZnO和Al2O3;在550 ℃预合金化时,随着时间的延长,基体中的铁逐渐向镀层中扩散,镀层组成由η相、ζ相、δ相和Γ相逐渐转变为只有Γ相;奥氏体化之后,镀层中的组织几乎全部为α-Fe（Zn）,只在表面有极少的Г相;预合金化保温时间为30 min时,在900 ℃保温5 min奥氏体化后能得到质量较好的镀层。     

超音速等离子喷涂YPSZ涂层的组织及耐磨性能

为了研制一种连铸结晶器耐高温耐磨材料,采用超音速等离子喷涂法在纯铜板上制备了氧化钇部分稳定的氧化锆(YPSZ)涂层.利用X射线衍射仪、扫描电镜、彩色3D激光显微镜和图形软件(Image-pro Plus3.0)对YPSZ涂层的微观组织进行表征,通过销盘式磨损仪在室温干摩擦条件下测试了涂层的耐磨性能及化学硬化对涂层耐磨性能的影响.研究发现YPSZ涂层完全由t’-ZrO₂相组成,其断口形貌由柱状晶和一定量的部分熔融颗粒组成,截面组织形态表现出较好的完整性,涂层孔隙率为1.2%,表面粗糙度为6.457μm.磨损实验表明化学硬化前YPSZ涂层与刚玉球对磨时的摩擦因数在0.5~0.6之间,平均磨痕宽度为3638.8μm,磨损体积为1.25508×10-2mm3,磨损机制为脆性断裂导致的磨粒磨损;化学硬化后YPSZ涂层的磨痕宽度和磨损体积均有大幅降低,脆断程度也更轻,其磨损性能得到极大改善.      

锌和镀锌钢的稀土表面改性

通过在Ce(NO_3)_3水溶液中对锌和电镀锌钢进行化学转化(钝化)处理,在试样表面形成了铈转化膜。利用电子探针显微分析(EPMA)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)等研究了转化膜的形貌、成分和结构,探讨了锌表面铈转化膜的形成机理。在氯化钠溶液中测定了试样的腐蚀率、极化曲线和电化学交流阻抗谱(EIS)等腐蚀性能参量,并与未钝化和普通铬酸盐钝化试样的情况作了对比。结果表明,本实验得到的锌表面稀土转化膜主要是由CeO_2、Ce_2O_3和ZnO组成的复合氧化物膜,铈转化膜的存在阻碍了锌在电化学腐蚀过程中的阴极反应和阳极反应,导致电荷传递电阻增大,腐蚀率降低。在一定条件下,铈转化膜对锌和镀锌钢的肪蚀效果优于铬酸盐转化膜。     

Al靶溅射功率对CrAlN涂层组织结构及摩擦性能的影响

为探寻Al靶功率对CrAlN涂层性能的直接影响, 利用直流反应磁控溅射的方法在304不锈钢基体上沉积CrAlN涂层, 并研究不同Al靶功率对CrAlN涂层组织结构与摩擦性能的影响.采用SEM、XRD、AFM、往复摩擦磨损试验机、显微硬度计、三维轮廓仪对试样的物相组成、表面形貌、摩擦磨损性能、硬度和磨痕形貌进行表征.结果表明:随着Al靶功率的增加, CrAlN涂层的晶粒尺寸呈现轻微的先增大后减小的规律, Al靶功率为180 W时的晶粒尺寸最小; 随着Al靶功率的增加, 显微硬度、平均沉积速率呈现先增大后减小的规律而磨痕深度、平均体积磨损率呈现出相反的变化趋势.经综合比较, Al靶功率为150 W时CrAlN涂层的综合性能较优.      

Effect of Sintering Parameters on Magnetic Properties of Fe—0·45P Sintered Materials

Abstract

Fourteen commonly used, commercially available, WC–12Co thermal spray powders were characterized in terms of their particle size distribution, surface morphology, cross-sectional morphology, and phase composition. Based on the results, four powders were selected for the deposition of thermal spray coatings using the JP 5000 high pressure high velocity oxyfuel (HPHVOF) system. Dry sand rubber wheel abrasion tests were performed on the coatings in order to determine the effect of powder manufacturing method on the wear rates. The coating produced using the cast and crushed powder did not deposit well and wore through very rapidly. The abrasion tests on the remaining coatings showed that the other two powder manufacturing routes are essentially equivalent in terms of the resultant coating wear resistance. PM/0777     

Microstructural and Mechanical Properties of Ni-Base Thermal Spray Coatings Deposited by Flame Spraying

In this work, two different Ni-base powders, namely, ProXon 21021 (P21) and ProXon 21031 (P31), were sprayed onto a steel substrate 35CrMo4 using a thermal flame spray technique. The morphology and chemical composition of the phases that are present in the powders and coatings were characterized by using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectroscopy (EDS). The hardness and wear resistance of the coatings were investigated. The XRD analysis revealed that the phases present in the coatings are different from the initial powders. In addition, some inhomogeneities such as oxides, porosity, and unmelted particles were observed by SEM. It was found that the P31 spray-coated exhibited higher microhardness, higher wear resistance, and significantly lower friction coefficient in comparison with those of P21 coatings.     

Preparation and properties of Al-Mn alloy coatings in NaCl-KCl-AlCl3-CeCl3 molten salts

Al-Mn alloy coatings were electrodeposited on an iron substrate from AlCl3-NaCl-KCl molten salts with anhydrous MnCl2 enhanced by the addition of CeCl3. The microstructure and properties of the Al-Mn alloy coatings were investigated, and scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and polarization curves were used to determine the composition, surface morphology, phase structure, and corrosion resistance of the obtained deposits. The results showed that the surface coatings were smooth, and that the crystallites were dense and uniform when 0.22 wt.% CeCl3 was added to the molten salt. An amorphous mixture of Al and Al6Mn was obtained. CeCl3 enhanced the corrosion resistance and increased the hardness of the single amorphous phase alloys. The pitting potential of the coating was approximately -1.1239 V, and its hardness was 390 kgf/mm2.