微弧氧化法制备氧化钛基多孔复合生物陶瓷涂层

采用新颖的微弧氧化法(Microarc oxidation,MAO)在钛合金表面制备氧化钛基含钙磷的多孔复合生物陶瓷涂层.用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDAX)和X射线衍射(XRD)表征涂层的微观形貌、元素与相组成.采用纳米压痕仪(Nano Indenter)测试涂层的力学性能,并通过在模拟体液(Simulated body fluid,SBF)中培养对陶瓷涂层的生物活性进行了初步研究.结果表明,微弧氧化时间、电解液配比与电参数是影响涂层结构与Ca/P比值的关键工艺参数.涂层主要由锐钛矿和金红石相TiO2及钙磷化合物组成.涂层内层为致密的氧化钛层,并与钛合金基底成微冶金结合.涂层外层主要为含钙磷的化合物层,且涂层表面呈多微孔结构,有利于骨组织的长入并改善骨与植入体的结合.涂层的硬度为5.9GPa,弹性模量为102.5GPa.优化工艺参数下(氧化时间5min,占空比8%)制备的涂层,在模拟体液中培养8周有明显的羟基磷灰石沉积.羟基磷灰石在微孔内或孔边缘位置首先形核并长大,并逐渐向周边扩展生成羟基磷灰石层,体现了多孔含钙磷生物陶瓷涂层良好的诱骨生长特性.     

甘油磷酸钙浓度对钛合金MAO涂层性能的影响

目的 提高医用钛合金的生物活性。方法 在含葡萄糖酸钙(Ca Glu₂)、葡萄糖酸镁(MgGlu₂)、植酸钠(Na₁₂Phy)和磷酸(H₃PO₄)的基本溶液中,分别添加8、10、12 g/L甘油磷酸钙(Ca-GP),采用MAO方法在Ti-6Al-4V表面制备3种涂层。使用SEM、EDS、XRD、XPS和AFM检测涂层表面形貌、化学成分、物相结构、元素存在状态和表面粗糙度,并测试涂层的接触角、结合强度以及体外生物活性。结果 经过MAO处理后,钛合金表面可成功生长出多孔陶瓷涂层,Ca-GP参与了MAO涂层形成。当Ca-GP的质量浓度为8 g/L时,涂层非常粗糙,Ca和Mg的原子数分数分别为7.56%和1.74%。随着Ca-GP浓度的增加,微孔均匀性变好,表面微裂纹减少,且钙磷原子比(Ca/P)显著提高。在含8、10 g/L的Ca-GP溶液中,制备的涂层以Ti、锐钛矿和金红石型Ti O2组成为主;在12g/L的Ca-GP溶液中生成的涂层,Ca/P原子比可达1.77,含有Ti P     

碱热处理对TC4合金微弧氧化膜生物活性的影响

利用微弧氧化技术在Ti6Al4V合金表面制备含钙、磷的多孔TiO_2涂层(记为MAO),并对涂层进行碱热处理(记为MAONH).结果表明:MAONH膜层的相结构和MAO膜层的大有不同,它主要由TiO_2(金红石型和锐钛矿型)、钛酸钙相组成.钙和磷离子在MAONH膜层表面比在MAO膜层表面更容易沉积,其原因是钛酸钙在模拟体液浸泡时发生水解,生成大量的Ca~(2+)和OH~- 离子,Na~+和OH~-离子同模拟体液中的Ca~(2+)和PO_4~(3-)离子发生离子交换,导致磷灰石在MAONH膜层表面沉积.     

用微弧氧化法在TC4合金表面制备含钙、铝、磷陶瓷膜陶瓷膜

为提高钛合金的耐海水和生物腐蚀性能,在其表面用微弧氧化法生长一层含钙、铝、磷元素的陶瓷膜.经XRD、能谱、扫描电镜和电子探针测试,发现在钛基体上生长了一层厚约为1 5μm的均匀致密的陶瓷膜,膜中存在磷和铝的晶态,钙以非晶态存在,钙、铝、磷之比约为234;通过循环伏安测试,发现有陶瓷膜层的钛合金的耐腐蚀能力明显增强.     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能，对MAO涂层进行了激光重熔改性，并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示，重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成，其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成，热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成，重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中，重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体，其磨损机制以粘着磨损为主，并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

钛合金微弧氧化陶瓷层的结构研究

利用微弧氧化技术，采用甘油磷酸钙和乙酸钙混合电解液体系，在Ti6A14V钛合金表面制备了陶瓷涂层，并对涂层的结构特征进行了综合研究。试验结果表明，微弧氧化层为富含Ca、P元素的粗糙多孔结构。陶瓷层可分内外两层，内层薄而致密，存在分布较为均匀的细小孔洞。外层厚而多孔，孔径尺寸和深度随氧化电压的升高而增大。陶瓷层中Ca、P元素分布不均匀，内表面Ca元素含量明显低于外表面，而P元素含量内、外表面相近，在陶瓷层的次表层二者的含量相对最高。微弧氧化后钛合金基体表面变的粗糙不平，并有少量Ca、P元素扩散进入到钛合金基体表层。     

选区激光熔化成形Ti6Al4V合金微弧氧化生物活性膜层的制备、结构及性能

目的提升选区激光熔化成形(SLM)Ti6Al4V合金的生物活性。方法研究了不同电压对微弧氧化技术(MAO)在SLMTi6Al4V表面制备含钙磷生物陶瓷涂层的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量分散X射线光谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析和研究了不同电压下微弧氧化涂层的显微结构、组织和成分等性能,并通过接触角测量和模拟体液浸泡实验及后续的红外光谱分析(FT-IR)等检验涂层的生物活性。结果经过微弧氧化处理,SLM Ti6Al4V表面含一定比例的钙磷且与基体结合良好的涂层,涂层的主要物相为锐钛矿,涂层厚度、钙/磷含量以及锐钛矿组织含量均随电压的升高而增加。300 V电压制备的膜层,表面均匀,钙、磷的原子数分数分别为7.04%、9.65%。涂层截面质量均一,厚度适宜,为3.19μm,且随着涂层增厚,基体元素Ti含量下降,Ca、P和O元素的含量增加。300V电压制备的膜层润湿性相比SLM Ti6Al4V基体的更好,膜层在SBF溶液中浸泡35天后,钙、磷比由0.73增加到1.2,并有羟基磷灰石生成。结论 SLM Ti6Al4V通过微弧氧化技术制备生物活性膜层的最优电压为300 V,经过微弧氧化后的钛合金表面生物活性得到提升。     

磷酸盐系溶液中钛合金微弧氧化涂层生长与组织结构

采用常流脉冲控制方式于(NaPO3)6-NaF-NaAlO2溶液中用微弧氧化法在Ti6Al4V表面制备了陶瓷化涂层, 研究了涂层的生长过程及组织结构变化.结果表明: 氧化过程中涂层的生长经历了由快到慢的过程, 在前10min涂层以较快速度生长(约3μm/min), 随着时间的延长涂层生长速度逐渐减慢; 生长过程中涂层表面微孔数目减少, 微孔孔径增大, 涂层表面气孔率增大; 涂层主要由二氧化钛的两种不同变体(锐钛矿及金红石)以及磷化物相AlPO4组成; 随着氧化的进行, 锐钛矿含量降低, 金红石含量增加, 氧化过程中发生了锐钛矿相到金红石相的相转变; 结晶AlPO4相是通过水合多聚磷酸铝在放电区附近发生高温热解反应而进入涂层.     

水热反应液浓度对TC4钛合金微弧氧化涂层硬度和摩擦性能的影响

针对TC4钛合金耐腐蚀性偏低的问题,本文利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备陶瓷涂层,探究电解液中水热合成液浓度对TC4钛合金微弧氧化(MAO)涂层硬度和摩擦行为的影响。利用XRD、SEM、摩擦试验机等设备对水热处理的TC4钛合金微弧氧化进行表征。研究结果表明:随着水热反应液浓度增加,TC4钛合金微弧氧化涂层中金红石相Ti O2衍射峰逐渐加强,锐钛矿相Ti O2减弱。在水热处理24 h后,在水热反应试验条件下能实现羟基磷灰石颗粒的合成,并且反应液浓度越高,获得的羟基磷灰石越多。水热合成浓度增加,有助于TC4钛合金涂层表面平整度增加。水热处理后的TC4钛合金MAO涂层的显微硬度呈现出先增加后降低的趋势。水热处理TC4钛合金MAO涂层的摩擦因数在0. 95～1. 1之间,水热合成液的浓度对摩擦因数影响不明显。     

用微弧氧化法在TC4合金表面制备含钙、铝、磷陶瓷膜

为提高钛合金的耐海水和生物腐蚀性能,在其表面用微弧氧化法生长一层含钙、铝、磷元素的陶瓷膜。经XRD、能谱、扫描电镜和电子探针测试,发现在钛基体上生长了一层厚约为15μm的均匀致密的陶瓷膜, 膜中存在磷和铝的晶态,钙以非晶态存在,钙、铝、磷之比约为2∶3∶4;通过循环伏安测试,发现有陶瓷膜层的钛合金的耐腐蚀能力明显增强。