SiO_2含量对激光熔覆含La_2O_3生物陶瓷涂层性能的影响

采用激光熔覆技术,利用CaHPO_4·2H_2O,CaCO_3,La_2O_3,SiO_2粉末和Ti粉在医用钛合金Ti-6Al-4V表面制备掺杂的质量分数分别为0%,5%,10%,15%SiO2的含La2O3梯度生物陶瓷涂层,并研究了SiO_2含量对涂层性能的影响。利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线分析仪分别对涂层进行显微结构、表面元素、物相组成分析,利用MTT细胞活性检测法对涂层上种植的小鼠破骨前体细胞(RAW264.7)进行细胞活性分析。结果显示:掺杂10%~15%的SiO_2后,涂层的裂纹明显减少,且厚度变均匀。涂层在模拟体液(SBF)中浸泡2周后,羟基磷灰石(HA)在掺杂10%SiO_2涂层表面的沉积量最多,涂层表面的金属元素含量稀少,这表明含10%SiO_2涂层在SBF中具备更加优良的沉积HA的能力,同时有效的阻碍了基体中重金属离子的析出。MTT结果表明,掺杂SiO_2的涂层对破骨前体细胞的活性有更加明显的抑制作用。     

Y2O3-CeO2稀土氧化物对激光熔覆生物陶瓷涂层中HA的影响

为降低激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力,提高涂层与基材的结合强度,选用宽带激光熔覆方法,在TC4合金表面制备一层含HA和β-TCP的梯度活性生物陶瓷涂层。通过金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对在体外模拟体液中浸泡14d后的涂层进行形貌和相组成的研究。结果表明:当Y2O3质量分数为0.6%,CeO2质量分数分别为0%,0.2%,0.4%和0.6%时,生物陶瓷涂层在SBF中浸泡14d后,基材与涂层之间呈良好的冶金结合;涂层表面都有白色球状颗粒生成;且涂层当中HA的生成量各不相同。当CeO2质量分数为0%时几乎不生成HA,为0.2%时HA的生成量最大,而后随着CeO2的含量增加HA生成量减少。说明当Y2O3质量分数为0.6%,CeO2的含量为0.2%时,生物陶瓷涂层具有较好的生物活性。     

钛合金表面激光熔覆制备羟基磷灰石生物陶瓷涂层的研究现状

利用激光熔覆技术在医用钛金属表面制备生物活性陶瓷羟基磷灰石(HAP)涂层,是近年来世界各国生物医用植入材料及相关领域的研究热点之一。首先简要概括了HAP生物陶瓷涂层材料的特点与意义,介绍了医用钛金属材料与生物陶瓷材料的历史发展与特点,指出了已有技术制备的生物陶瓷涂层在制备与应用中存在的优缺点,介绍了激光熔覆制备生物陶瓷涂层的特点与优点。综述了国内外钛及钛合金表面激光熔覆制备HAP生物陶瓷涂层、激光快速成形生物陶瓷涂层及相关材料的研究特点、现状与进展。重点介绍了激光熔覆不同成分原材料、添加稀土成分与不同波长激光制备生物陶瓷涂层的机理,及激光熔覆制备生物陶瓷涂层的特点与优缺点。激光熔覆制备生物陶瓷涂层及相关材料是一个多学科交叉的研究领域,通过对钛合金的激光表面改性,激光熔覆制备生物陶瓷涂层在理论研究与临床应用上具有广阔的前景。最后对激光熔覆工艺制备合成HAP生物陶瓷涂层未来的研究方向进行了讨论与展望。     

稀土含量对Ca-P陶瓷涂层组织及细胞相容性的影响

利用激光熔覆技术在医用钛合金表面制备一层梯度Ca-P陶瓷涂层,并研究了La_2O_3含量对其微观组织结构及细胞相容性的影响。通过OM,XRD,SEM,MTT法及倒置荧光显微镜对Ca-P陶瓷涂层的结合界面、物相、表面形貌,细胞活性及细胞生长形态进行分析。结果表明:Ca-P陶瓷涂层主要含有CaTiO_3、HA、TiO_2、β-TCP等物相。当Ca-P陶瓷涂层中La_2O_3质量分数为0.6%时,在2θ为32~33°附近其XRD图谱中羟基磷灰石(HA)的特征峰较高,表明其生成的生物活性相最多。并且其在模拟体液(SBF)浸泡14天后的表面上生成的HA最多,分布最广。细胞试验表明当La_2O_3质量分数为0.4%~0.6%时,梯度生物陶瓷涂层具有较佳的细胞相容性,有利于细胞的稳定增殖与生长。     

Y_2O_3对激光熔覆钛基复合涂层生物性能的影响

采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V基材表面制备了生物陶瓷复合涂层。利用急性毒性实验、动物体内埋植实验以及体外细胞培养实验对钛基生物陶瓷复合涂层的生物性能进行了研究。结果表明:添加0.6%(质量分数)Y_2O_3的预置粉末和激光熔覆后的生物陶瓷涂层均无明显的急性毒性反应;动物体内分别埋植45、180 d后,与未添加稀土氧化物的复合涂层相比较,添加0.6%Y_2O_3的激光熔覆生物陶瓷复合涂层具有更好的骨小梁生成能力,且细胞在其表面生长良好;添加0.6%Y_2O_3的激光熔覆生物陶瓷复合涂层具备良好的生物相容性。     

激光熔覆制备生物陶瓷涂层的研究综述

激光熔覆是利用高能量、高密度的激光束将粉末熔化,在基体表面形成一种冶金结合面,其作为一种表面改性技术,已经得到了广泛的应用。生物陶瓷因其物理、化学性质稳定,而且具有良好的生物活性和生物相容性,利用激光熔覆在金属表面制备一层生物陶瓷涂层成为研究的热点。主要对激光熔覆制备生物陶瓷涂层中材料、梯度涂层设计、工艺的研究进行了阐述,为其应用提供更多的指导。     

La2O3含量对激光熔覆TiB/Ti涂层显微结构的影响

目的 改善钛合金表面激光熔覆复合涂层的组织结构,提高钛合金的硬度,使其在相应领域得到更广泛的应用.方法 采用激光熔覆快速非平衡合成方法 制备原位反应合成L2O3-TiB增强钛基复合涂层.用L2O3、Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备L2O3-TiB/Ti复合涂层,并对其进行XRD物相分析、SEM显微结构观察及显微硬度分析.结果 添加不同含量的L2O3的激光熔覆钛合金复合涂层均与基体较好的结合,涂层中均只有α-Ti和TiB两种物相.随L2O3含量的增加,激光熔覆复合涂层中的增强相TiB的形貌越均匀细小,添加不同含量的L2O3的激光熔覆复合涂层的硬度值约为基体材料的2~3倍,添加质量分数为3%的L2O3的激光熔覆复合涂层硬度最高,其显微硬度值大约为1300HV.结论 添加稀土氧化物L2O3后制备的激光熔覆钛合金复合涂层与基体结合良好,稀土元素的添加使涂层组织细化,硬度得到了明显提高.     

钛合金表面激光熔覆涂层的研究进展

激光熔覆是钛合金表面改性的重要技术手段之一,已成为当前研究热点。综述了国内外关于钛合金表面激光熔覆抗高温耐氧化、耐腐蚀、耐磨损和生物陶瓷等涂层的熔覆材料、熔覆层相组成和强化机理等的研究现状。其中,抗高温耐氧化涂层主要由于TiO_2、Al_2O_3等相的隔氧作用,提高了钛合金在高温下的抗氧化性;耐腐蚀涂层主要由于Ti N和Ti2Ni等相的固溶强化及细小针状马氏体α’等的细晶强化,提高了其耐腐蚀性;耐磨损涂层主要由于Ti C、Ti B、Ti B2等相的弥散强化作用,提高了涂层的耐磨性;生物陶瓷涂层由于HA、Ca O等相的存在,增强了钛合金的生物相容性。其次,阐述了由于熔覆材料与基材的热物性差异、试样预处理不当和工艺调控不当等因素引起的未熔颗粒、球化效应、裂纹、气孔和夹杂等主要缺陷,以及调控激光功率、扫描速度等工艺参数,预热基体材料,通入保护气体和加入适当成分添加剂等控制和改善相关缺陷的措施。最后,展望了钛合金表面激光熔覆涂层和技术的发展方向。     

激光熔覆工艺参数对生物陶瓷涂层组织性能的影响

采用激光熔覆技术,在Ti-6Al-4V合金表面制备了生物陶瓷复合涂层,并对激光熔覆工艺参数与涂层组织及性能的关系进行了对比分析.结果表明,激光熔覆生物陶瓷复合涂层的优化工艺参数为:输出功率2.5kW,扫描速度140mm/min,光斑尺寸15mm×1mm.在优化工艺参数下获得了表观质量完好且与基体形成冶金结合的生物陶瓷复合涂层,涂层中最高显微硬度值达到1474HV0.3,物相组成主要为CaTiO3、 HA(Ca10(PO4)6(OH)2)、α-TCP(α-Ca3(PO4)2)、β-TCP(β-Ca3(PO4)2)等.     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

不同wCa/wP对宽带激光熔覆生物陶瓷涂层性能的影响

目的 对不同wCa/wP的宽带激光熔覆生物陶瓷涂层性能进行研究，探究wCa/wP对涂层硬度、生物相容性及生物活性的影响规律，寻求最优试验参数，为以后制备性能优良的涂层提供参考。方法 运用梯度设计思想，采用宽带激光熔覆技术，在钛合金表面分别制备wCa/wP为1.35、1.40、1.45的梯度生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜、显微硬度仪、模拟体液浸泡试验、体外细胞试验，研究不同wCa/wP对生物陶瓷涂层组织结构、生物相容性以及生物活性的影响。结果 XRD结果表明，涂层主要由CaTiO3、HA、Ca2SiO4、CaO、TCP等相组成。硬度测试表明，wCa/wP=1.45的涂层平均显微硬度最高，而wCa/wP=1.35的涂层平均硬度最低。体外细胞试验表明，所有涂层上的MG63分布均匀，细胞形态良好，wCa/wP=1.40的涂层上的OD值增长较快，共同培养至第5天时，测得的OD值远高于其他涂层，相较于第1天的OD值增加最多。SBF浸泡试验表明，3种wCa/wP的陶瓷涂层都在表面覆盖了类骨磷灰石，wCa/wP=1.40的涂层，经浸泡后表面覆盖了最多的类骨磷灰石。观察细胞生长形态，细胞的许多丝状伪足紧贴在涂层上，使得细胞可以粘附在涂层上并生长，呈现出正常的梭形形态，具备较完整的细胞膜，wCa/wP=1.40的涂层上粘附的细胞数量更多、分布更为均匀。结论 当wCa/wP=1.40时，Ca-P生物陶瓷涂层不仅拥有良好的生物矿化能力，能够形成更多类骨磷灰石，而且涂层上增殖吸附的细胞数量最多，涂层表现出良好的生物相容性和生物活性。     

Microstructure and in vitro bioactivity of laser-cladded bioceramic coating on titanium alloy in a simulated body fluid

In order to obtain bioactivity on the surface of titanium alloy, the bioceramic coating on Ti–6Al–4V was designed and fabricated by laser cladding. The microstructure and bioactivity of laser-cladded bioceramic coating were investigated in vitro via soaking in a simulated body fluid (SBF). The results indicated that the laser-cladded bioceramic coating was metallurgically bonded to the substrate and contained such bioactive phases as hydroxyapatite (HA) and β-tricalcium phosphate (β-TCP). A bone-like apatite layer was spontaneously formed on the surface of laser-cladded coating merely soaked in SBF for 7 days. And the appearance of flake-like and cotton-like morphology, which is the characteristic morphology of apatite, offered an advantageous condition for osseo-connection. The formation ability of apatite was remarkably accelerated on the surface of laser-cladded bioceramic coating compared with the untreated titanium alloy substrate.     

生物涂层制备技术的研究现状及进展

羟基磷灰石(HA)由于具有良好的生物相容性和骨组织诱导性,被认为是替代人体硬组织的一种很好的生物医用材料,但其溶解度较高,降低植入体的长效性,而将氟渗入HA晶格中能提高HA结构稳定性并降低其溶解性,将硅掺入HA晶格中能有效地提高HA的生物活性,因此含氟羟基磷灰石(FHA)和含硅羟基磷灰石(Si-HA)成为了新兴的改性材料。介绍了羟基磷灰石(HA)、含氟羟基磷灰石(FHA)以及含硅羟基磷灰石(Si-HA)的性能特点以及涂层的制备技术,重点阐述了采用激光熔覆技术制备生物涂层的研究现状以及本课题组的研究进展,指出了目前研究中存在的不足,并展望了生物涂层今后的研究和发展趋势。     

生物活性稀土梯度涂层在碱液环境中的电极化后处理

为了改善活性生物稀土梯度涂层的质量,在碱液环境中采用电极化处理法（PAS）对宽带激光熔覆生物活性稀土梯度涂层进行后处理。利用XRD和电化学分析仪对涂层的相组成和耐腐蚀性进行了研究,通过模拟体液浸泡试验考察了生物陶瓷涂层的生物活性和涂层表面的电荷分布情况。结果表明,碱液环境中电极化处理法（PAS）能够提高涂层的结晶度,使涂层中的非晶相、杂相向羟基磷灰石转化。PAS对涂层的耐腐蚀性影响不大。与未处理涂层相比,PAS处理后的涂层生物活性更好,且涂层表面产生了更多的负电荷。     

Functionally graded carbon nanotubes/hydroxyapatite composite coating by laser cladding

Functionally graded carbon nanotubes/hydroxyapatite (CNTs/HA) composite coatings have been fabricated by laser cladding technique using CNTs/HA composite powders. As the feedstock for laser deposition, CNTs/HA composite powders were prepared by ball-milling different weight ratios (1%, 3% and 5%) of CNTs with HA powders. CNTs/HA composite coatings were fabricated with CNTs/HA composite powders and functionally graded coating was fabricated by sequentially depositing different CNTs/HA composite coatings on pure titanium. The phase composition, microstructure, micro-hardness, bonding strength and in vitro cellular responses of the composite coatings and the functionally graded composite coating were studied. The results show that the crystallinity of CNTs/HA composite coatings increased with increasing amount of CNTs in the powder mixture. The CNTs were dispersed homogeneously in the coatings to form an interconnected web and the cylinder graphic structure of CNTs was not changed after laser irradiation. Compared with pure HA coating, the maximum increase of the micro-hardness of CNTs/HA composite coatings was 46.8% and the micro-hardness of the functionally graded coating increased gradually through the thickness of this coating. Furthermore, the bonding strength of the functionally graded coating was nearly twice higher than that of pure HA coating. The in vitro cellular biocompatibility tests reveal that the functionally graded composite coating has comparable in vitro bioactivity with pure HA coating.     

激光熔覆生物陶瓷涂层的组织结构

借助ＸＲＤ及ＳＥＭ对ＴＣ４钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的组织结构进行了研究。结果表明,该涂层为含ＨＡ等钙磷基复合相结构,其组织具有择优取向,有序分布的胞状微晶特征,晶内局部区域有细小粒状物析出,晶界存在第二相,涂层与基体界面为化学冶金结合。该涂层提高了与自然生物硬组织组织结构特性的相似程度。