等离子喷涂生物活性涂层的梯度结构表征

采用自动控制的等离子喷涂系统,在钛合金基体上制备出生物活性梯度涂层,利用纳米硬度计、扫描电镜等对生物活性涂层的梯度结构进行分析.实验结果表明:金属基体与陶瓷界面区域的弹性模量和硬度呈梯度变化;生物活性功能涂层表面分布着不同尺寸范围的孔洞,具有典型的多孔结构特征,整个涂层沿垂直基体方向从底层致密结构向表面层多孔结构过渡;涂层成分底层生物稳定性至表面层生物活性呈梯度变化,涂层表面成分为生物活性的羟基磷灰石.涂层的这种结构特征有利于改善生物活性涂层的综合性能,提高涂层与基体的结合强度,根据ASTM C633-79测试生物活性涂层与基体的结合强度,结合强度达到48.6 MPa.     

钛合金表面高频感应热梯度新方法制备生物活性钙磷涂层探索

探索了一种新的生物活性钙磷陶瓷制备工艺，即将导电基体置于钙磷溶液中，通过高频感应的方式加热钛合金基体，同时通过设计相应的装置使钛合金附近区域形成温度梯度。这一温度梯度由钛合金基体表面向外逐渐降低，使基体表面形成了有利于钙磷沉积的热力学条件，从而使钙磷生物陶瓷能够在基体表面生长并形成涂层。初步研究结果证实，该工艺可在钛合金上制备出生物活性五水磷酸八钙涂层。     

钛合金表面原位生成钛酸钾生物陶瓷涂层的制备及其生物相容性

采用原位干混合煅烧合成法在钛合金基体上成功制备了K2Ti6O13涂层，并对涂层的微观形貌、相组成、涂层-基体的结合强度进行了研究，通过模拟体液实验对其生物活性进行了评估。结果表明，涂层与基体间结合牢固，能够经受空冷条件下的冷热冲击，热膨胀系数的良好匹配是结合强度提高的主要原因。涂层粗糙的表面和气孔可为骨的向内生长提供有利位置。经模拟体液浸泡，涂层表面形成了钙磷比接近人体骨骼的钙磷层，表明涂层具有良好的生物活性。     

高铬铸铁表面制备陶瓷涂层的研究

以Ti-B4C-蔗糖-Al和Ni-Al自粘结复合粉为喷涂体系,通过白蔓延反应火焰喷涂技术,采用梯度过渡涂层设计,在高铬铸铁泵叶表面制备了梯度过渡陶瓷涂层.主要研究了喷涂工艺、涂层性能以及喷涂前后基体组织及性能变化等问题.结果表明:利用自蔓延反应火喷涂技术在高铬铸铁表面制备梯度过渡陶瓷涂层是可行的:引入梯度过渡涂层设计后尽管使涂层的显微硬度有所下降,涂层孔隙率有一定增大,但可以明显改善陶瓷涂层与基体的结合,提高结合强度,同时不会造成基体材料和性能发生明显变化.     

钛表面种籽层水热沉积制备羟基磷灰石生物涂层

为了获得与基体结合强度高、生物活性好的羟基磷灰石(HAP)涂层,通过种籽层水热沉积方法在钛合金表面生长HAP,首先纳米尺寸的钙磷盐通过微弧氧化技术在钛金属表面形成,此种籽层在随后的水热沉积过程中促进了HAP的诱导沉积。讨论了络合剂和种籽层对HAP的形貌和结构的调控。采用此方法制备的生物活性梯度涂层无裂纹、涂层厚度分布均匀,与基体具有高的结合强度,HAP呈现良好的结晶性,并具有沿c轴的择优取向,此HAP涂层表现出优良的生物活性,有利于促进骨的生长。     

热化学反应法制备Al_2O_3基陶瓷涂层及耐磨性能研究

采用热化学反应法在Q235钢表面制备A_2O_3基陶瓷涂层,对涂层的形貌、涂层与基体的结合力、涂层的耐磨性进行了研究.结果表明,陶瓷涂层在600℃固化时有新相产生,增强了涂层与基体的结合强度;陶瓷涂层比较均匀且致密,涂层与基体之间已无明显界限;A_2O_3基陶瓷涂层提高了Q235钢的耐磨性.     

冷喷涂制备多孔Ta涂层及生物相容性

目的 提高生物医用钛合金的生物相容性。方法 采用冷喷涂技术在其表面制备了内部多孔且表面粗糙的钽涂层,并对涂层的微观组织、弹性模量、表面粗糙度、孔隙率、相组成等进行表征;通过溶血率实验、动态凝血时间实验、血小板黏附实验和细胞增殖实验等评价其血液相容性。结果 涂层表面粗糙度为24.9μm,孔隙率为12.6%,弹性模量为147 GPa。喷涂后涂层相组成为Ta,涂层与基体的结合强度为24 MPa。TC4钛合金基体和钽涂层2种材料均具有优异的红细胞相容性且2种材料表面的动态凝血程度相似,表明在TC4钛合金表面制备钽涂层后,钽涂层不会影响凝血因子的活性。钽涂层具有更好的防止血小板黏附与变形的性能。在细胞增殖实验中,细胞在钽涂层表面的增殖能力略高于TC4钛合金。结论 多孔钽涂层的弹性模量相对钽块降低了22%。其生物活性高于TC4钛合金基体。     

金属基磷酸钙陶瓷涂层的界面研究进展

论述了金属基磷酸钙陶瓷涂层的界面力学环境及界面物理化学特性,并为改善涂层与基体的界面结合强度及材料稳定性,对金属基磷酸钙涂层的设计进行了综合评述,提出涂层与基体界面优化设计的要点是合理设计过渡层,注重多种改善途径的结合及预先评定材料界面设计的可行性.     

微弧离子沉积阻燃涂层对TC11钛合金力学性能的影响

为使阻燃涂层早日在我国航空发动机上得到应用,在提高涂层阻燃性能的同时,研究涂层对基体力学性能的影响十分必要。文中采用微弧离子表面改性技术在TC11钛合金基体上制备阻燃涂层,研究阻燃涂层对钛合金拉伸性能、压缩性能、蠕变性能及裂纹扩展速率的影响。结果表明,采用微弧离子表面改性技术在TC11基体上制备的阻燃涂层主要由TiC2、W2C及Ti组成,涂层结构致密,与基体结合良好。涂层试样规定非比例延伸强度、抗拉强度以及断面收缩率有轻微降低,降低幅值约为基体抗拉强度5%左右;断后延长率基本无变化,弹性模量随测试温度提高逐步下降,试样抗压强度增大,400℃高温蠕变性能变好,常温裂纹扩展速率降低。综合分析表明,在钛合金基体上制备阻燃涂层后,试样整体力学性能变化幅值小于5%,符合航空发动机部件强度设计要求。     

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。     

NiAl/NiCoCrAlY/8YSZ复合喷涂层的微观结构与性能研究

目的提高金属/陶瓷隔热涂层体系在海洋环境下的耐腐蚀性能。方法利用冷喷涂方法制备NiAl复合打底层和Ni CoCrAlY粘结层,与等离子喷涂制备的8YSZ陶瓷层构成适用于海洋环境的多层结构耐蚀隔热涂层体系。利用FE-SEM分别观察喷涂态粘结层和陶瓷层的表面、横截面形貌,通过EDS分析涂层元素分布;利用XRD分析表征涂层的物相组成;借助万能材料试验机,采用拉伸法测试涂层结合强度;利用热循环试验和焰流冲刷试验测试涂层的耐高温性能。结果微观分析表明,冷喷涂制备的NiAl复合打底层和Ni CoCrAlY粘结层形貌致密,涂层材料未发生明显氧化,颗粒变形程度不一,粘结层与基体间的结合强度约为18.4 MPa,粘结层与8YSZ陶瓷层界面结合紧密。陶瓷层物相结构和成分稳定,涂层经12次热震循环和1000个周期的高温焰流冲击后,表面未出现开裂、起皮和脱落。结论采用冷喷涂法和等离子喷涂法联合制备的耐蚀隔热复合涂层体系具备良好的耐热性和耐腐蚀性。冷喷涂制备的金属涂层结构致密,孔隙率低,与陶瓷层结合良好,能够有效提高涂层体系在腐蚀性环境中的耐蚀性能。NiAl复合涂层可以缓解Ni CoCrAlY粘结层和铝合金基材间的热匹配问题,增强涂层的结合性能。     

Study on interface between titanium-coated diamond and metal matrices

Study on interface between titanium-coated diamond and metal matrices@朱永伟 @谢光灼 @张新明 @周卓平~~     

微弧氧化—水热合成生物活性二氧化钛层的结构与性能

在钛合金基体上通过微弧氧化形成含钙和磷的二氧化钛层，再经过水热合成转化为含羟基磷灰石的生物活性二氧化钛层，该膜层结合强度高，而且是多孔和均匀的。因此，该方法很适合钛合金植入体的生物活性表面改性。     

In situ synthesis and fabrication of tricalcium phosphate bioceramic coating on commercially pure titanium by laser rapid forming

Titanium possesses good mechanical property, but a lack of bioactivity. Bioceramic is usually used to coat the surface of a titanium implant to enhance its bioactivity. Therefore, it is important for the coating to have a high bonding strength to the titanium substrate and contain bioactive phases. In this work, CaCO₃ and CaHPO₄·2H₂O powders were used to fabricate a bioceramic coating on commercially pure titanium (cp-Ti) by the laser rapid forming (LRF) technique. The phase composition of the coating contained 95 wt.% of β-TCP and 5 wt.% of α-TCP. Three layers were found in the coating: a ceramic layer, a transitional layer, and the substrate layer. In the transitional layer, interpenetration of phases was observed. The bonding strength between the coating and the cp-Ti substrate was in excess of 40.17 MPa. In addition, the elastic modulus and the micro-hardness of the coating were 117.61 GPa and 431.2 HV_0.1, respectively. Furthermore, the static immersion test has confirmed that the coating not only prevented the corrosion of cp-Ti, but also induced the redeposition of β-TCP in synthetic saliva.     

热喷涂NiCr/纳米(Zr02 +8% Y2 03)梯度涂层的性能研究

针对陶瓷涂层与基体结合强度低、易产生裂纹和剥落的现象,进行了抗高温氧化耐磨损梯度涂层的设计。采用热喷涂技术在45钢基体表面制备由面层[纳米（Zr02 +8% Y203）]和中间层(NiCr)组成的梯度涂层,利用扫描电镜(SEM)、测定结合强度、测定显微硬度、X射线衍射等方法研究涂层的性能。结果表明：NiCr/纳米(Zr02+ 8% Y203)梯度涂层显微组织结构致密,与NiCr合金涂层和纳米(Zr02,+8% Y2 03)陶瓷涂层相比,具有更优良的力学性能;梯度涂层的面层有利于提高基体的耐高温、耐磨损性能,而中间层则有利于改善基体的抗高温氧化性能。     

Preparation of titanium oxide and hydroxyapatite on Ti–6Al–4V alloy surface and electrochemical behaviour in bio-simulated fluid solution

In order to improve the bonding strength between hydroxyapatite (HA) coating and Ti–6Al–4V substrate, a uniform titanium oxide film was obtained by controlled anodic oxidation. After that an alkaline treatment with NaOH solution was used to make them more bioactive. Finally hydroxyapatite coating has been prepared on Ti–6Al–4V substrate through electrochemical deposition. Comparative electrochemical behaviour of untreated and surface modified Ti–6Al–4V alloy, in bio-simulated fluid solution was investigated by electrochemical techniques. SEM was used to observe the morphology of modified surfaces and the thicknesses of the oxide films prepared were evaluated on the cross-sections of the samples using SEM–FIB.     

Effect of TiN/Ti composite coating and shot peening on fretting fatigue behavior of TC17 alloy at 350 °C

A TiN/Ti composite coating has been prepared on a TC17 titanium alloy substrate by an ion-assisted arc deposition (IAAD) technique with a view to improving the fretting fatigue resistance of the titanium alloy at 350 °C. The composition distribution, bonding strength, micro-hardness, ductility, tribological properties, and fretting fatigue resistance at elevated temperature of the coating have been investigated. The results indicate that the IAAD technique can be used to prepare a TiN/Ti composite coating with high hardness, good ductility, excellent bonding strength, and high load-bearing capability. The TiN/Ti composite coatings can improve the resistance to wear and fretting fatigue of the Ti alloy, as manifested in its excellent tribological behavior at 350 °C. However, the fretting fatigue resistance of the titanium alloy treated by shot peening (SP) combined with IAAD TiN/Ti coating post-treatment was lower than that by IAAD TiN/Ti coating or SP alone, because the compressive residual stress induced by SP was significantly relaxed during coating process and the coating easily cracked and broke off.     

钛合金表面激光熔化沉积钛基复合材料涂层的组织及性能

通过激光熔化沉积TA15+30%TiC(体积分数)混合粉末,在TA15钛合金表面制备出钛基复合材料涂层,分析了涂层的组织、硬度及界面结合强度。结果表明,激光熔化沉积过程中原始TiC颗粒发生溶解,并在凝固过程中重新析出细小的TiC,TiC有等轴状及枝晶两种形态,涂层中存在部分未熔的TiC颗粒;涂层硬度达HRC 60;涂层与基体界面为完全冶金结合,涂层的界面结合强度大于310 MPa,抗剪切强度为330 MPa;经弯曲及热震试验后,涂层未出现剥落现象,表明涂层与基体具有很好的相容性     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。