宽带激光熔覆生物陶瓷梯度涂层及其生物活性

为了消除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,采用宽带激光熔覆技术,在Ti-6A1-4V合金表面制备含HA+β-TCP的生物陶瓷梯度涂层(HA为羟基磷灰石).利用OM、SEM和XRD对涂层形貌、相组成进行了研究,并通过体外模拟体液浸泡实验考察了涂层的生物活性.结果表明:生物陶瓷梯度涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层3个层次,且各梯度层的结合界面均为良好的化学冶金结合.稀土氧化物La2O3在激光熔覆生物陶瓷过程中具有诱导合成HA-β-TCP的作用,生物陶瓷涂层的生物活性与不同La2O3含量诱导合成HA+β-TCP的数量密切相关.当La2O3含量为0.6 wt.%时,合成HA+β-TCP的数量最多.当La2O3的添加量为0.6 wt.%时,涂层表面形成的类骨磷灰石数量最多:且经14天浸泡后的涂层明显比7天形成的类骨磷灰石数量多.     

Nd2O3含量对宽带激光熔覆生物活性稀土梯度涂层生物相容性的影响

针对目前生物活性陶瓷涂层存在的问题,设计了一种梯度涂层,采用宽带激光熔覆技术,通过加入不同含量的稀土氧化物Nd₂O₃来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物相容性,在Ti-6Al-4V合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土活性梯度陶瓷涂层。利用SEM、XRD对活性涂层组织结构进行了研究。采用体外人成骨细胞与材料共培养的方法,对梯度活性陶瓷涂层进行了细胞形态实验。结果表明:Nd₂O₃含量的不同,对涂层催化效果不一样,使得复合涂层呈现形态各异的表面特征,但涂层表面都具有一定的粗糙度,将增加生物陶瓷涂层与骨组织的生物相容性;稀土氧化物Nd₂O₃在激光熔覆生物陶瓷过程中具有催化合成HA+β-TCP的作用,当w（Nd₂O₃）=0.6%时,诱导合成HA+β-TCP的数量最多;含稀土氧化物Nd₂O₃的涂层对成骨细胞无毒副作用,当w（Nd₂O₃）=0.6%时染色呈正常梭形状态的细胞数目最多,具有最佳的生物相容性。     

掺杂低含量SiO2对激光熔覆CaP生物陶瓷涂层性能的影响

为提高医用TC4钛合金表面熔覆羟基磷灰石（HA）涂层的植入稳定性和生物活性,采用激光熔覆方法制备出不同含硅量的CaP生物陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）表征了熔覆层组织形貌和物相组成。结果表明:添加SiO2（1wt.%、3wt.%）后形成Ca2SiO4相,熔覆层中部组织细化。通过电化学腐蚀和体外SBF浸泡实验研究了SiO2含量对涂层耐腐蚀性和生物活性的影响。电化学腐蚀结果表明:随着SiO2含量的增大,涂层表面腐蚀电流密度逐渐减小;体外SBF浸泡结果表明:添加SiO2可以加快涂层表面类骨磷灰石的形成,其中,添加SiO2为1wt.%时涂层表面类骨磷灰石呈均匀分布。因此,低含量SiO2可以提高生物陶瓷涂层的耐腐蚀性和生物活性。     

钛合金表面激光熔覆制备低含硅量生物陶瓷涂层

采用5 kW横流CO2激光器对表面预涂覆HA和SiO2混合粉末的TC4钛合金激光熔覆获得低含硅量生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）分析熔覆层的显微组织与物相成分,通过模拟体液（SBF）浸泡实验初步探讨涂层的生物活性,并通过电化学腐蚀中的动电位扫描实验研究涂层在SBF中的腐蚀行为。实验结果表明,低含硅量生物陶瓷涂层与基体呈冶金结合,在SBF中熔覆层的腐蚀电位与基材相比提高了84.4 mV,腐蚀电流密度下降了约6倍,在SBF中浸泡7天后熔覆层表面沉积了大量的类骨磷灰石,熔覆层表现出良好的耐腐蚀性和生物相容性。     

宽带激光熔覆梯度生物活性陶瓷复合涂层组织与性能

为了增加基材与生物陶瓷涂层之间的结合强度,消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的开裂倾向,设计了一种梯度生物陶瓷复合涂层并采用宽带激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金上制备了梯度生物陶瓷复合涂层,对其组织和性能进行了研究.结果表明:钙和氧元素主要分布在生物陶瓷涂层中;钛和钒元素主要分布在基材和合金化层内;磷元素分布在合金层与陶瓷层中.合金层中基底组织上分布着白色共晶组织和白色颗粒,基底组织主要为Ti(Al,P,Fe,V)相,白色共晶组织主要为Fe2Ti4O AlV3,白色颗粒为结晶析出的Al3V0.333Ti0.666;生物陶瓷层中的基底组织为胞状晶,其上分布有灰色相和白色颗粒相,胞状晶主要为GaO、CaTiO3和HA,灰色相为β-TCP及Ca2Ti2O6,白色颗粒相为TiO2.陶瓷涂层表面形成了类珊瑚礁结构及短杆堆积结构.这种表面结构将有助于为骨细胞长入生物陶瓷涂层提供通道.陶瓷层与钛合金基体之间的结合强度大于37.3 MPa.合金层的最高硬度为1600 HV0.2,生物陶瓷涂层显微硬度最大值约为1300HV0.2.     

激光熔覆与等离子喷涂制备FHA涂层及其性能研究

采用激光熔覆与等离子喷涂复合技术制备含氟羟基磷灰石(HA)生物陶瓷涂层,用HA、氟化钙(Ca F2)、钛(Ti)混合粉末在Ti-6Al-4V基体上用激光熔覆制备过渡层,其上以HA、Ca F2为原料用等离子喷涂技术制备富含Ca10(PO4)6Fx(OH)2-x的陶瓷层。通过对涂层样品进行拉伸实验、模拟体液(SBF)浸泡的测试并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微和能谱(SEM/EDS)分析,研究了F含量对涂层物相组成、结合强度、表面形貌、生物活性的影响。结果表明:激光熔覆与等离子喷涂复合技术制备的涂层可以提高结合强度至20.1 MPa,当x=1.5时达到最大值28.4 MPa;随着x值的不断增大,涂层的结晶度提高、生物活性增强,但是涂层表面的裂纹数量增多。当x=1.0~1.5之间时涂层的综合性能最好。     

激光熔覆制备钛基羟基磷灰石涂层

使用HA粉末通过激光熔覆的方法在纯钛表面制备羟基磷灰石(HA)涂层,并对涂层的物相组成、成分分布和微观结构进行了研究.研究发现激光熔覆过程中,HA在高温下会发生分解生成α-Ca3(PO4)2、β-Ca3(PO4)2和CaO.这些分解产物分布于涂层的表层,形成了具有一定生物活性的生物陶瓷层.同时HA还能与Ti之间发生反应...     

激光熔覆HA生物陶瓷梯度涂层的微观组织结构

利用激光熔覆的方法在纯钛表面制备了羟基磷灰石(HA)生物陶瓷梯度涂层，通过电子探针和X射线衍射仪(XRD)对不同工艺参数下制备的涂层进行了微观组织观察和物相分析。实验结果表明，当激光功率为600W，扫描速度为3．5mm／s时，在纯钛表面可获得组织致密结合形态好的HA生物陶瓷梯度涂层，涂层的组织为胞枝晶和枝状晶，与人体骨组织的结构相似，主要由生物活性较好的HA相以及α—Ca2P2O7，Ca2(PO4)2等钙磷相组成，涂层下部的Ca，P的原子比例与HA中的Ca，P的原子比例相当，涂层表面因P的丢失而使其比例略高。随着功率的提高，涂层组织出现了少量的微孔，微孔的出现有利于骨组织在其上面植入生长，但涂层中Ca，P的原子比例升高，涂层的生物活性降低。随着扫描速度的加快，涂层熔化不充分，组织疏松，强度降低，影响了其使用。     

Y2O3对钛合金表面激光熔覆TiC复合涂层组织和耐磨性能的影响

采用HL-5000型横流CO2激光加工机,通过加入适量的稀土氧化物Y2O3在TC4钛合金表面制备了表面较平整、较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的TiC复合涂层.研究了稀土氧化物Y2O3对激光熔覆层的显微组织、物相、显微硬度和滑动摩擦磨损性能的影响.结果表明:在本文所述的试验条件下,在熔覆层中添加稀土氧化物Y2O3的较佳重量百分比为0.6%,在TC4钛合金表面激光熔覆制备的TiC复合涂层中加入适量的稀土氧化物Y2O3,可有效改善熔覆层的组织和性能.     

激光熔覆羟基磷灰石涂层的研究动态

羟基磷灰石(HA)是目前生物相容性最好的生物活性陶瓷。其涂层的制备方法也成为材料学科研究的热点之一。激光熔覆作为表面改性的新技术,在制备HA生物陶瓷涂层方面显示出独特的优越性,所得涂层质量明显优于其它制备技术。对激光熔覆HA涂层的组织性能特点及影响因素进行了综述,详细分析了工艺参数、反应物配比、稀土元素及梯度涂层等因素对涂层质量的影响,展望了该项技术的应用前景。     

激光熔覆稀土生物陶瓷涂层耐蚀性研究

本文研究了激光熔覆生物陶瓷涂层的耐酸、耐碱及耐生理盐液腐蚀性.结果表明,在一定激光熔覆条件下制备的稀土生物陶瓷涂层复合材料比钛合金、未加稀土的涂层材料耐腐蚀能力强.稀土涂层对基体具有保护作用,稀土在涂层熔池内对流扩散混合,弥散分布整个区域,通过细化表层晶粒,提高晶界结合力,降低化学位,来抑制酸、碱及生理盐液的腐蚀.     

医用镁合金激光制备羟基磷灰石涂层研究

为了提高医用镁合金的表面耐蚀性和生物相容性,采用激光技术在镁合金表面制备羟基磷灰石(HA)涂层.研究主要采用如下两种方法制备HA涂层:激光熔覆法;等离子喷涂+激光重熔法.研究结果表明,由于镁合金和HA的物化差异较大,采用激光熔覆法所制备的涂层为不连续的泪珠状,成型非常困难,涂层中镁稀释较大,严重影响涂层的耐蚀性和生物相容性;然而采用等离子喷涂+激光重熔处理则较易在镁合金表面制备HA涂层,涂层连续且无剥落,相组成为生物相容性较好的HA和少量的Ca_3(PO_4)_2(TCP),涂层表面存在一些有利于骨长入的裂纹和孔隙.所以,采用等离子喷涂+激光重熔能够在医用镁合金表面制备生物相容性和耐蚀性较好的HA涂层.     

激光熔覆生物陶瓷涂层和界面的研究

采用公认的具有生物相容性和生物活性的生物陶瓷羟基磷灰石(HA)、磷酸钙(TCP)等钙磷材料改善金属材料钛合金TC4的表面生物学性能。先用高能激光束辐射预置于钛表面的陶瓷粉末,在金属表面原位合成生物陶瓷成分,再用X-ray表征了涂层材料,测定了涂层与界面的结合强度。结果表明:获得的涂层的成分为生物陶瓷成分,其中的主要成分为羟基磷灰石(HA),涂层与基材获得的界面强度达到42.96Mpa,界面有较好的改善。     

CeO2对激光熔覆Ni60合金涂层组织及性能的影响

为了研究稀土元素CeO₂对激光熔覆涂层性能的影响,以45#钢为基体、Ni60和Ni60+CeO₂粉末为熔覆材料,采用激光熔覆多道搭接工艺制备了含不同含量稀土氧化物的熔覆层。通过对熔覆层着色探伤、显微组织观察、显微硬度测定的试验,分析不同含量的稀土氧化物对熔覆层表面裂纹数量、显微组织、硬度的影响规律。结果表明,CeO₂的最佳掺杂质量分数为0.004;适量稀土元素CeO₂的掺杂,可使熔覆涂层裂纹数量减少,熔覆层的显微组织更加均匀而细小;熔覆涂层表面显微硬度远高于基体,维氏硬度是基体的3.6倍,搭接区域硬度值是基体的3倍左右。这表明稀土元素的添加可以抑制裂纹、细化晶粒,并在一定程度上提高熔覆层硬度。