孔隙率对电子束选区熔化多孔钽支架力学性能的影响（英文）

研究了孔隙率对电子束选区熔化(EB-PBF)多孔钽支架压缩、弯曲和拉伸性能的影响。通过改变多孔钽支架设计孔隙率以及调整熔化工艺参数,获得了孔隙率为69%～77.8%的多孔钽支架。研究表明,随着能量密度的增加,多孔钽支架中的孔洞和未熔融粉末减少。随着孔隙率的下降,多孔钽支架的力学性能增加。EB-PBF多孔钽支架压缩屈服强度、弯曲屈服强度以及拉伸屈服强度与相对密度的关系可以用指数模型来描述,弹性模量则与相对密度较好地符合Gibson-Ashby模型。多孔钽支架在压缩、弯曲和拉伸试验中均表现出良好的延性,在压缩过程中没有发现杆筋断裂,但在90°弯曲后,多孔钽杆筋表面出现裂纹,这主要是由于对氧化物引起的缺陷具有较高的敏感性。     

生物医用金属钽涂层制备及性能

本研究采用常压化学气相沉积技术在平面和多孔钛合金基体上制备了金属钽涂层。反应原料为化学纯的五氯化钽,以高纯氢气作为还原气体及载气,将蒸发后的五氯化钽输送到高温沉积区,通过还原反应生成金属钽,并沉积在钛合金表面。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和摩擦磨损试验机等设备对涂层进行表征。结果表明,钽涂层不仅可以沉积在平面钛合金表面,还可以沉积在多孔基体的外表面及内表面,而氢气流量和沉积温度均显著影响钽涂层的表面形貌及性能。经过实验参数的优化,钽涂层与钛合金基体有较佳的结合力,满足植入条件的要求。本研究结合了钛合金相对低廉的成本和金属钽优异的生物特性,为多孔钽在医疗领域的广泛应用提供了支持。     

电子束选区熔化制备医用多孔钛合金研究

利用电子束选区熔化方法制备了生物医用多孔钛合金。研究了电子束成形工艺、多孔结构对多孔合金组织和力学性能的影响。结果表明:在较低的成形温度、较低的束流强度和较高的扫描速度下,可以在大孔结构孔壁上得到细小微孔,形成对骨组织生长更为有利的双峰型孔结构,且可以有效降低合金模量;在电子束成形过程中,由于熔池细小,合金冷却速度较快,促进了β→α’转变,形成了细小的针状组织;内壁光滑无尖角的类人骨结构单元更适用于多孔植入材料,且随着孔隙率的升高,压缩模量和抗压强度均降低,相对密度和相对模量的关系约为E=E0(ρ/ρ0)0.79,模量可达到真实骨水平。     

钛合金叶尖保护涂层的制备与表征

通过对TC4钛合金基体进行表面活化处理,并采用复合电镀技术,在钛合金基体上制备了结合力良好的Ni-c BN复合镀层。研制的复合镀层能够减少航空发动机钛合金叶片叶尖的摩擦磨损、杜绝"钛火"事故。进行了镀层的高温摩擦磨损试验以及与镍基封严涂层的磨削试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等对涂层性能进行表征。结果表明:采用的钛合金基体表面活化处理技术,可保证复合镀层具有良好的结合力;同时,研制的Ni-c BN复合镀层对封严涂层具有良好的磨削能力和较低的摩擦系数,可以有效保护钛合金叶尖。     

坩埚表面钽涂层制备及应用研究

研究喷涂参数对涂层密度、结合强度、粉末沉积效率及涂层杂质含量的影响。用真空感应热处理方法对涂层做耐热冲击性能测试，用XRD分析钽涂层热处理前后的表面化合物价态。铈在带钽涂层的石墨坩埚中进行920℃，15min熔炼，结果表明，在920℃条件下石墨坩埚内表面的钽涂层和液态铈是相互惰性的。     

钽合金高温抗氧化复合涂层制备研究

目的 制备钽合金在高温氧化环境下的防护涂层。 方法 采用料浆熔烧法,在 Ta-12W 合金表面依次制备底层和面层,通过两次熔烧处理,获得硅化物复合涂层。 分析涂层的形貌、元素含量及成分分布,测试涂层在 1800 ℃ 下的高温抗氧化性能和室温 ~ 1800 ℃ 热循环寿命, 并初步探讨涂层失效机理。结果 制备的复合涂层与基体之间通过扩散形成过渡层,达到冶金结合;涂层在 1800 ℃ 下可连续工作 9h,室温 ~ 1800 ℃ 热循环寿命为 151 次。 结论 在高温氧化环境中,复合涂层表面生成了一层玻璃状薄膜,有效阻止了外界氧向基体的进一步扩散,对基体形成了良好的保护。     

SLM制备径向梯度多孔钛/钽及其表征研究

利用增材制造技术制作仿天然骨的径向梯度多孔钛/钽骨科植入物具有广阔的前景。基于三周期极小曲面（triply minimal surfaces,TPMS）建模法建立了平均孔隙率为70%的圆柱型径向梯度孔隙结构,孔隙率由中轴线（90%）向圆周面（30%）逐渐降低。利用激光选区熔化(Selected Laser Melting, SLM)工艺制作径向梯度多孔钛/钽。光学显微镜,扫描电镜,Micro-CT检测结果共同显示,SLM径向梯度多孔钛/钽的孔隙结构与设计特征一致。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽的孔隙率分别为73.18%与68.18%。力学测试结果表明,梯度多孔钛/钽的弹性模量分别为3.96±0.19GPa与3.47±0.25GPa,抗压强度分别为90.83±3.35MPa与93.27±1.24MPa。梯度多孔钛/钽的弹性模量与抗压强度分别显著高于均匀多孔钛/钽（孔隙率为70.11%的均匀多孔钛弹性模量为2.34±0.48GPa,抗压强度为67.63±1.33MPa,孔隙率为65.39%的均匀多孔钽弹性模量为1.69±0.49GPa,抗压强度为68.56±0.41MPa）。体外细胞相容性实验证明,径向梯度多孔钛/钽均具有良好的生物相容性,适合间充质干细胞与肌肉细胞的粘附生长。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽比均匀多孔钛/钽具有与天然骨组织更相近的结构与性能,是理想的骨缺损修复替代物。     

铱钽涂层钛阳极的制备工艺研究

本文参考了大量的有关文献，结合部分实验，从制备工艺角度较详细地总结了近年来国内外对铱钽涂层析氧金属阳极的研究情况，分析了制备过程中工艺参数的选择问题。其中包括铱钽涂层的制备方法、涂液配制、烧结温度和贵金属被覆量等。     

钛合金高温防护涂层制备技术研究进展

钛合金具有比强度高、抗蚀性优异、中温性能稳定等优点,但在高温下的氧化和氧脆严重影响了其热稳定性。重点介绍了化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、离子束辅助沉积（IBAD）、搪瓷涂层等技术在钛合金表面制备高温防护涂层的原理、特点及研究成果,指出了各种技术存在的问题,并提出了下一步研究重点。     

EB-PVD制备SOFC电解质涂层的显微结构表征

采用大功率EB-PVD工艺在NiO-YSZ多孔基体上制备了20μm厚的YSZ电解质涂层材料。SEM分析表明制备态涂层表面由1μm～10μm的晶粒组成并含有少量微米级的孔隙，涂层材料的断面SEM表明涂层致密并和基体结合良好。EPMA分析显示初始蒸发阶段制备的涂层材料内Y，O元素分布均匀，Zr元素的分布存在一个梯度。XRD分析表明：涂层为典型的立方相结构并表现出择优取向特征。     

基于冷喷涂的多孔钛与钛合金的制备与表征

基于冷喷涂技术的优点,结合喷涂后热处理开发了一种新的多孔钛与钛合金制备工艺.研究了热处理对所制备多孔钛与钛合金块材的组织与结合强度的影响.结果表明,所得多孔块材的气孔率与粉末本身及喷涂条件有关,气孔率在10%～50%之间变化.热处理态的气孔率代表了冷喷涂制备块材的实际气孔率.所得多孔块材喷涂态的结合强度在10～30 MPa之间变化.热处理后粒子间接触界面通过扩散达到冶金结合,多孔块材的结合强度均明显增加(超过55 MPa).     

多孔磷酸钙骨水泥与钛合金支架材料修复兔颅骨骨缺损的比较研究

通过采用结构可控的多孔磷酸钙骨水泥(calcium acid phosphate cement, CPC)和钛合金支架材料修复兔颅骨骨缺损,比较了两种修复材料骨环境下的成骨性能。结果显示,与多孔钛合金材料相比,多孔CPC材料表现出了更好的成骨活性。CPC材料的新生骨量、成骨速率均高于钛合金材料。而且骨吸收重建过程也早于钛合金材料。同时,三维贯通的孔隙结构有利于骨组织的长入,能够在一定程度上克服钛合金材料的应力屏蔽缺陷, 使植入体在早期获得良好的固位, 从而使界面骨性结合得以顺利进行。     

电镀阻隔层对钛/钢电子束焊接接头性能的影响

采用电子束熔化焊、电子束阻隔焊和电子束阻隔熔-钎焊方法来实现钛合金与不锈钢异种金属之间的连接。研究发现钛合金与不锈钢连接界面处产生的脆性金属间化合物是影响接头性能的关键因素。采用电子束直接熔化焊和阻隔熔化焊钛合金和不锈钢时,接头界面会产生贯穿性裂纹导致焊缝直接断裂。电子束阻隔熔-钎焊中利用熔化的不锈钢润湿未熔化的钛合金母材,并采用Ag、Cu作为中间层添加元素,在结合界面处形成了很好的阻隔屏障,减少了Ti/Fe界面的金属间化合物的产生,减缓了应力,实现了钛合金与不锈钢的冶金结合,接头抗拉强度约为100 MPa。电子束阻隔熔-钎焊得到的钛合金/不锈钢异种金属焊接接头焊缝正反面成形良好,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷。     

TC4钛合金与Nb—W—Mo—Zr铌合金的真空电子束焊接工艺研究

采用真空电子束焊对TC4钛合金和Nb—W—Mo—Zr铌合金进行了成功焊接,焊接的基本工艺参数为：炉室真空度≤3．0×10^-2 Pa,枪室真空度≤1．5×10^-3 Pa,焊接电压56-60kv,束流20～25mA,工件的移动速度为550～600mm／min。用扫描电镜对焊接组织进行了观测,并作了X射线无损探伤。结果表明,热影响区和熔合区组织致密,焊缝熔透性好,无气孔。熔合区主要为胞状束凝固结构,基本无枝晶出现。X射线探伤结果得出,焊缝质量满足国家一级标准。焊接组件在室温下的力学性能为：Rm=595MPa,Rp0.2=482MPa,A=20％,Z=63％。     

BT5-1钛合金与C-103铌合金的真空电子束焊接工艺研究

基于BT5-1钛合金与C-103铌合金性能的分析和电子束焊接的特点，实现了BT5-1与C-103的电子束焊接。试验结果表明：选用合适的电子束焊接工艺规范连接的BT5-1与C-103的接头成形良好，没有产生裂纹等缺陷。占空比对焊接质量有重要影响。     

海绵钛生产中的酸水处理

钛合金表面激光熔覆氧化锆陶瓷后，在钛合金基体和氧化锆陶瓷之间形成冶金过渡层。本用ＳＥＭ、ＴＥＭ观察过渡层的组织形态，利用选区电子衍射技术分析各组织的相结构，采用Ｘ射线能仪分析过渡层内的成分分布。过渡区是由三层组成，即近热影响区胞状晶ａ，中间层粒状Ｚｒｏ２＋ａ相，近熔覆区粒状ＺｒＯ２＋胞状枝晶ＺｒＯ２＋晶间ａ相。从热影响区到熔覆区过渡区内，塑性相ａ逐渐减少，相反脆性相ＺｒＯ２逐渐增加，由此证明激光熔     

退火对钛合金钽涂层力学及生物性能的影响

目的 针对钛合金（TC4）在骨植入、骨替换方面因受体液腐蚀及骨骼之间的相互摩擦使改性涂层容易遭受破坏导致有毒金属离子的释放,通过退火提高TC4表面钽涂层的力学性能和生物相容性能。方法 采用磁控溅射技术在TC4基体上沉积钽涂层,并在不同的热处理温度650、750、850℃下退火5 h,使用扫描电子显微镜、能谱仪、XRD、划痕仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站和生物毒性实验对Ta涂层的组织形貌、力学性能及生物性能进行测试与表征。结果 所制备的Ta涂层组织较致密,在一定的退火温度下,组织结构变得更加致密。在退火温度650℃时的硬度值（16.68 GPa）和弹性模量值（208.90 GPa）最高,这是由于产生较强的β-Ta峰,使硬度值显著提高。经750℃退火后,涂层具有最大的结合强度（20.82N）,优异的耐腐蚀性,摩擦曲线波动最小、最平稳且平均摩擦系数值（COF）最小。这是由于涂层与基体之间的元素相互扩散,降低了界面应力,促进了结合强度的提高。这有利于提高涂层的致密度,可降低涂层表面的微孔缺陷,阻碍腐蚀溶液通过涂层的路径作用,从而提高基体的耐腐蚀性。同时有效避免了涂层大面积脱落,减少了摩擦表面...     

钛合金表面氟化物-磷酸盐转化膜的制备及性能研究

目的研究一种钛合金化学转化工艺,增强钛合金表面防护能力及其与涂层的结合能力。方法通过单因素实验确定TC1钛合金氟化物-磷酸盐转化工艺,采用SEM,EDS,XRD分析膜层的微观形貌及成分,同时测试转化膜的有关性能。结果在Na3PO440 g/L,Na F 15 g/L,酸度调节剂A 25 m L/L,p H控制在4.4~4.6之间,温度30℃条件下,可在TC1钛合金表面获得均匀一致的灰色转化膜。转化膜由许多细小的球状晶粒组成,主要相成分为Na3Ti OF5及Na2Ti F6。转化膜的摩擦系数仅为0.3~0.5,明显低于TC1基体。转化膜与TB06-9底漆的干性附着力为0级,浸泡48 h后的湿态附着力仍可达1级,远远好于TC1基体。结论氟化物-磷酸盐转化膜可以降低TC1钛合金的摩擦系数,提高其与有机涂层的附着力。     

电子束选区熔化成形高强钽的组织与性能

采用粉末床电子束选区熔化技术制备了高密度（99.93%）且无明显缺陷的块状钽样品,并对其微观结构、力学性能进行了研究。结果表明,沉积态的钽金属具有平行于生长方向的柱状晶结构。由于成形过程中的高冷却速率,在块状样品中观察到（001）织构和大量的小角度晶界。由于间隙元素氧和氮的固溶强化,电子束选区熔化成形的钽试样表现出了优异的室温屈服强度（613.55±2.57 MPa）和延伸率（30.55%±4.23%）。     

Fabrication and Characterization of Nanopillar-Like HA Coating on Porous Ti6Al4V Scaffold by a Combination of Alkali–Acid-Heat and Hydrothermal Treatments

Porous titanium scaffold with suitable porous architecture exhibits enormous potentials for bone defect repairs. However,insufficient osteointegration and osteoinduction still remain to open as one of the major problems to achieve satisfactory therapeutic effect. To solve this problem, many studies have been carried out to improve the bioactivity of porous titanium scaff old by surface modifications. In this study, porous Ti6Al4V scaff olds were fabricated using additive manufacturing technique. Porous architectures were built up based on a diamond pore structure unit. Alkali–acid-heat(AH) treatment was applied to create a TiO_2 layer on the porous Ti6Al4V scaff old(AH-porous Ti6Al4V). Subsequently, a hydrothermal treatment was employed to enable the formation of HA coating with nanopillar-like morphology on the alkali–acid-heat-treated surface(HT/AH-porous Ti6Al4V). The effects of surface modifications on apatite-forming ability, protein adsorption,cell attachment, cell proliferation and osteogenic gene expression were studied using apatite-forming ability test, protein adsorption assay and in vitro cell culture assay. It was found that the HT/AH-porous Ti6Al4V exhibited the highest apatite formation ability and best affinity to fibronectin and vitronectin. In vitro studies indicated that the mesenchymal stem cells(MSCs) cultured on the HT/AH-porous Ti6Al4V presented improved adhesion and differentiation compared with the porous Ti6Al4V and AH-porous Ti6Al4V.