阳极氧化电压对水热电化学制备羟基磷灰石涂层的影响

首先采用含氟电解液对Ti6Al4V基体进行阳极氧化预处理,然后通过水热电化学法在其表面制备羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)涂层。研究了阳极氧化电压对基体表面物相、形貌、润湿性和表面粗糙度(Ra)的影响;同时,还研究了阳极氧化电压对HA涂层物相、形貌以及涂层和基体结合强度的影响。结果表明:经过阳极氧化后的Ti6Al4V基体表面生成了孔洞状TiO_2纳米管,并且管径随氧化电压的增大而增大;在电压为25 V时,基体Ra为0.5μm,而且基体与模拟体液的接触角明显降低;水热电化学沉积得到的HA涂层呈现出分层生长的模式;阳极氧化预处理的基体和涂层间的结合强度明显提高,并在阳极氧化电压为25 V时达最大,为20.0 MPa。     

燃烧合成-水热法制备生物陶瓷涂层

采用燃烧合成-水热法制备了生物陶瓷涂层,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和粘接拉伸法分析了涂层物相组成、形貌和涂层与基体的界面结合强度,结果表明:燃烧合成后,涂层主要由HA+β-Ca_3(PO_4)_2组成,水热处理2 h后,涂层中HA含量增加;延长水热处理时间,得到纯HA涂层,涂层厚度为20μm左右。在燃烧合成试剂中添加助燃剂,涂层中相成分复杂化;但水热处理10 h后,得到纯羟基磷灰石相,涂层厚度有所增加,达到50 μm左右。同时,助燃剂的添加大大提高了界面结合强度(13.66 MPa)。     

纳米羟基磷灰石/钛复合粒子冷喷沉积行为

运用冷喷涂技术在不同喷涂温度和不同硬度基体上沉积单个纳米羟基磷灰石/钛(nHA/Ti)复合粒子,研究喷涂温度与基体硬度对复合粒子冷喷沉积行为的影响规律。采用扫描电子显微镜(SEM)观察沉积后复合粒子的表面形貌及结合形态,结合能谱分析(EDS)沉积后复合粒子中HA的Ca/P比。结果表明,基体为Ti6Al4V和316L不锈钢基体时,粒子碰撞后发生了一定的塑性变形呈现中部隆起的扁平状,粒子周边出现了环形薄带。随着加速气体温度升高,复合粒子变形程度有所增加;基体为HA+Ti涂层基体时,碰撞后粒子呈现近球形嵌入至涂层基体中,随着加速气体温度升高,复合粒子嵌入至涂层基体中深度有所增加,粒子在基体表面粘附率增加。通过对沉积后复合粒子中HA的Ca/P比发现,冷喷沉积后复合粒子中的Ca/P比与原始粉末中基本相同。     

真空等离子喷涂HA/Ta复合涂层

羟基磷灰石(HA)具有良好的生物相容性和骨传导能力,采用等离子体喷涂技术在钛合金等金属基材上制备的HA涂层材料已在临床医学上被广泛使用。但是,HA涂层与钛合金基材之间较低的结合强度影响了植入物在体内的长期使用。本文采用真空等离子体技术制备钽(Ta)掺杂的HA涂层,以期在保持其良好生物学性能的同时提高其结合强度。HA/Ta复合涂层的微观形貌、元素组成和相组成由SEM及配套的能谱仪(EDS)和XRD分析技术表征。按ASTMC-633标准对涂层的结合强度进行了测试。将涂层试样浸泡于模拟体液中以评估其生物活性。结果表明:Ta增强HA涂层具有粗糙的表面和层状结构,其结合强度随着Ta含量的增加而增加。掺60%Ta(H4T6)涂层的结合强度达到37.2MPa,约为HA涂层的1.9倍。模拟体液浸泡试验显示,掺钽HA涂层表面形成了类骨磷灰石,表明具有良好的生物活性。     

硬质合金复合涂层的结合强度与失效机理

通过4种硬质合金基体和3种TiN/TiCN/Al<,2>O<,3>TiN复合涂层的组合,采用化学气相沉积(CVD)法制备12种涂层顾质合金样品,借助划痕试验机、扫描电镜和能谱仪测定涂层与基体的结合强度,观察划痕的形貌,测定划痕的微区成分.结果表明,基体成分和WC的晶粒度,以及涂层的成分和厚度对涂层与基体的结合强度有明显...     

稀土氧化物对激光熔覆生物陶瓷涂层在模拟体液中组织形貌与降解性能的影响

为了更好地探索稀土氧化物对生物陶瓷涂层组织形貌与降解性能的影响,在添加稀土氧化物La_2O_3的情况下,利用激光熔覆技术,结合梯度成分设计与梯度功率烧结,在钛合金表面制备了一层含羟基磷灰石(HA)和β-磷酸三钨(β-TCP)的梯度生物陶瓷涂层。经过X衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)的分析发现:(1)稀土氧化物的加入,能够促进涂层生成HA和β-TCP,改善涂层表面在模拟体液中的开裂敏感性以及细化新生类骨磷灰石晶粒尺寸。当稀土添加量为0.4%时,涂层中HA和β-TCP衍射峰值最高,在模拟体液中浸泡14 d后,涂层表面无裂纹,形成分布均匀,大小一致的类骨磷灰石。(2)涂层在模拟体液中浸泡28 d后的降解率为0.2126%。模拟体液中Ca~(2+)和La~(3+)浓度随着浸泡时间发生变化,其中Ca~(2+)浓度呈动态的上下波动变化,且含量逐渐减小,表明Ca~(2+)从模拟体液中沉积到涂层表面的量要比涂层降解到溶液中的多;而La~(3+)浓度随浸泡时间增加而逐渐增大,在将La~(3+)浓度与浸泡时间在取对数的情况下,两因素存在明显的线性关系,并推导出关于La~(3+)浓度,浸泡时间与涂层浸泡面积的经验公式。     

沉积温度和碳纳米管对CVD SiC涂层微观形貌的影响

以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3)为前驱体,采用化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD),在原位生长有碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)的C/C复合材料表面制备SiC涂层。用扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)观察和分析涂层微观形貌及成份。研究沉积温度(1 000~1 150℃)对SiC涂层的表面、截面以及SiC颗粒的微观形貌的影响。结果表明:在1 000℃下反应时,得到晶须状SiC;沉积温度为1 050℃时涂层平整、致密;沉积温度提高到1 100℃时,涂层粗糙,致密度下降;1 150℃下形成类似岛状组织,SiC颗粒团聚长大,涂层粗糙,并有很多裂纹和孔洞,致密度低。对涂层成份和断口形貌研究表明,基体和涂层之间有1个过渡区,SiC涂层和基体之间结合良好。     

熔盐堆结构材料的涂层技术研究

熔盐堆中使用的结构材料除了要保证高温力学性还要在高温下与熔盐具有良好的相容性,本文拟采用涂层技术,在高温力学性能较好的镍基合金上沉积一层耐氟盐腐蚀的纯镍金属层,解决镍基合金与高温氟盐相容性差的问题。纯镍金属层采用脉冲电沉积的方法获得,系统研究了电流密度对涂层性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等测试手段对涂层微观形貌、结构特征等进行分析。结果表明,随着电流密度的增加,涂层厚度呈线性增加,电流密度为40 m A·cm-2时,涂层厚度达102μm;而涂层织构系数(TC)在不同电流密度下都呈现(111)晶面增大而(200)晶面减小的趋势,织构强弱变化的本质与镍晶体不同晶面的表面能大小、沉积过电位、Ni(OH)2和氢原子对生长晶面的吸附作用有关;涂层显微硬度随着电流密度增大呈现出增加趋势。     

还原剂对化学镀Ni-Sn-P性能的影响

针对在铁基体上进行化学镀Ni-Sn-P合金研究,分析了还原剂对镀层沉积速率、成分形貌及性能的影响,确定了最佳的还原剂浓度.结果表明,随着还原剂浓度的增加,化学镀Ni-Sn-P合金沉积速率、硬度、耐腐蚀性均呈先增大后减小的趋势;沉积层中出现组织偏析,有胞状颗粒生成.成分分析表明,还原剂浓度对镀层中Sn、P含量影响不大.还原剂最佳浓度为35 g/L时,镀速最大为10.8 mg·cm~(-2)·h~(-1),硬度值达到最大610.4 HV,自腐蚀电位为-0.1989 V,镀层为银白色平整光滑,颗粒呈均匀胞状,排列紧密,无明显针眼裂纹,且与基体间结合良好.     

微束等离子喷涂工艺参数对HA粒子扁平化和涂层结晶度影响

采用微束等离子喷涂方法在Ti-6Al-4V基体上制备了羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)扁平粒子和涂层,研究喷涂距离(70mm、80mm、90mm)对HA粒子扁平化和涂层相结构以及结晶度影响。结果表明:微束等离子喷涂制备的HA扁平粒子形貌主要为圆盘状。在研究范围内,随着喷涂距离的增加,粒子熔化程度增加,涂层更加致密,涂层的结晶度随着喷涂距离的增加依次降低,分别为90.3%、89.5%和85.6%。     

低Ca/P比溶液电沉积羟基磷灰石涂层

电沉积羟基磷灰石涂层具有工艺简单、过程易控制、适于在复杂表面制备厚度均匀涂层的特点.沉积液的Ca/P比直接影响涂层中的物相组成与涂层形貌.作者采用电沉积与后续热处理相结合的工艺,用低Ca/P比溶液在金属钛表面沉积羟基磷灰石(HA)涂层.利用X射线衍射仪、透射电镜和扫描电镜分析涂层中物相组成及后续热处理对涂层中物相和涂层形貌的影响.结果表明:随电压与温度的升高,涂层中羟基磷灰石含量增加;空气中500℃热处理后,涂层基本转化为羟基磷灰石,其Ca/P比约为1.61;热处理前,涂层由块状和条状物质组成;热处理后,涂层形貌并未改变,它由纳米颗粒的HA凝聚烧结而成.     

等离子喷涂工艺参数对高纯氧化钇涂层性能的影响

本文采用METCO F4等离子喷涂系统在铝合金基体上制备了高纯氧化钇涂层,并通过四因素三水平正交试验,研究了氩气流量、氢气流量、喷涂功率和喷涂距离这四个工艺参数对涂层结合强度、孔隙率以及表面粗糙度的影响规律。结果表明:(1)涂层的结合强度随着氩气流量的增加先小幅减小后快速增大;随氢气流量的增加先增大后减小;随着等离子功率的增加逐渐减小;随着喷涂距离的增加逐渐增加。(2)涂层的孔隙率随着氩气流量的增加越来越小;随着氢气流量的增加,涂层孔隙率先减小后略有增加;随着喷涂功率的增加涂层孔隙率迅速减小,随着喷涂距离的增加,涂层孔隙率先增大后减小。     

乙二胺四乙酸二钠模板调控碳酸铈粒子形貌的研究

以硝酸铈(Ce(NO_3)_3)为原料,碳酸氢铵(NH_4HCO_3)为沉淀剂,乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为模板剂,通过控制EDTA-2Na与Ce~(3+)摩尔百分比,加料时间,搅拌速度和陈化时间实验条件,制备得到规则块状形貌的碳酸铈。并采用SEM、FT-IR对制得的产品进行分析表征。结果表明,制备形貌规则、分散性较好的Ce_2(CO_3)_3的最佳条件:EDTA-2Na与Ce~(3+)的摩尔百分比为0.2,加料时间为3 h,搅拌速度为300 r/min,陈化时间为8 h时。同时初步分析探讨了EDTA-2Na控制Ce_2(CO_3)_3的形貌机理。     

人体干细胞繁殖生长能力增强超音速火焰喷涂纳米氧化钛-羟基磷灰石涂层

超音速火焰(HVOF)喷涂纳米氧化钛加10%羟基磷灰石(HA)(n-TiO2-10%HA)粉末制备的生物医学涂层有望取代大气等离子喷涂的HA涂层。选用这种方法的原因为TiO2在人体内的稳定性很高(即没有溶解),另外,在Ti-6Al-4V的基板上的结合强度超过APS-HA涂层2倍。为了探索这些新材料和涂层的生物表现,在超音速火焰喷涂的n-TiO2和n-TiO2-10%HA的涂层表面上进行了从1到21天的人体间质干细胞(hMSCs)培养,APS的HA涂层和未涂层的Ti-6Al-4V合金基体作为对照。对hMSCs的活性特征进行了以下分析:阿拉莫尔艾迪布尔细胞的繁殖;生化碱性磷酸酶(ALP)活性的分析;细胞骨架组织(通过荧光/共聚焦显微镜)及细胞/基体的互动(通过扫描电子显微镜(SEM))。细胞繁殖和生化分析表明,在n-TiO2-10%HA涂层上培养的hMSCs表现出了类似的或优于APS-HA涂层上的hMSCs生物活性。细胞骨架组织在超音速火焰喷涂n-TiO2-10%HA涂层表面上具有更高的细胞繁殖和附着程度。这些结果对下一代高性能长寿命热喷涂生物涂层具有重要意义。     

稀土氧化物添加量对激光熔覆磷酸钙陶瓷涂层组织性能的影响

β-磷酸三钙(β-TCP)和羟基磷灰石(HA)被视为优良的生物活性材料。本文利用激光熔覆技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备一层含β-TCP和HA的稀土氧化物掺杂磷酸钙陶瓷涂层,通过光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和显微硬度计分别对陶瓷涂层的结合界面、物相、表面形貌及显微硬度进行分析。试验结果表明:基材与陶瓷层呈冶金结合,熔覆试样可分为基材、热影响区、合金化区及陶瓷熔覆层4个区域;当La2O3添加量为0.6%(质量分数)时,涂层主要含CaTiO_3,Ti O,β-TCP和HA等物相;通过扫描电镜观察涂层表面形貌,发现稀土氧化物La_2O_3的含量对涂层裂纹敏感性有较大影响,当稀土氧化物La_2O_3添加量为0.6%时,涂层表面较为平整,存在少量孔洞及裂纹,此时涂层硬度最大,达到HV 1971。     

高能球磨制备NiCr-Cr_2O_3-BaF_2/CaF_2复合粉末及其爆炸喷涂层的性能

为了制备高性能复合涂层,以70%NiCr、20%Cr2O3及10%BaF2/CaF2为原料,采用高能球磨方法制备了复合粉体,并通过特定的爆炸喷涂工艺制得复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等对球磨后粉体和喷涂层的微观形貌、组织结构、成分及物相组成进行了分析。根据HB5143-96测定了爆炸喷涂复合涂层与基体间的结合强度。结果表明:随球磨时间的延长,粉体球形化程度逐步加大,颗粒尺寸逐步减小,粒度分布趋于集中,颗粒成分及结构均匀性逐步提高;当球磨11h后,粉体中的BaF2和CaF2固溶于NiCr合金,Cr2O3颗粒在NiCr基体内部镶嵌;通过爆炸喷涂将球磨粉喷涂在不锈钢基体上,其涂层微观组织均匀致密,显微硬度Hv为578,涂层与基体结合强度为67MPa,综合性能优于混合粉喷涂层。     

化学气相沉积ZrO_2涂层的表面微观形貌演变

采用ZrCl4-CO2-H2-Ar体系,在不同温度或氢气流量条件下采用常压化学气相沉积法(APCVD)通过不同沉积流程在C/C样品表面制备ZrO2涂层。用X射线衍射分析仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析涂层的物相组成和形貌特征。结果表明:随沉积温度升高,ZrO2涂层表面形貌由小颗粒堆积态向大尺寸多晶转变;氢气流量为0时,只在局部区域出现了少量ZrO2,当氢气流量为400mL/min时,ZrO2涂层晶粒尺寸较大且晶体学平面特征最明显;在氢气流量为800mL/min时沉积出现了副产物ZrC与C;在氢气流量为1600mL/min时,出现沉积副产物ZrC;连续沉积时,得到的ZrO2涂层为山峰状形貌。     

奥氏体等温淬火球铁PVD-TiN涂层的特性:球数和奥氏体等温淬火温度的影响

研究了石墨球数为490-1 100个/mm~2在280℃和360℃奥氏体等温淬火的ADI基体上沉积PVD-TiN涂层,在300℃用电弧离子喷涂工艺进行沉积,评价了基体显微组织对涂层特性的影响以及沉积过程对奥氏体显微组织产生变化的可能性,检测了试样中存在的相、涂层沉积方向、沉积膜的厚度、硬度、杨氏模量、表面形貌和涂层粘着性,检测了沉积前后奥氏体基体的金相特性和残余奥氏体数量。检测结果表明,PVD-TiN涂层(111)面的初始方向与表面平行,膜的厚度约2μm,基体特性影响努普硬度,其值在1700-2100HK_(0.015)之间,显微硬度值接近25 GPa,杨氏模量有些分散(323~336 GPa)。表面形貌取决于基体显微组织和表面制备方法及所用沉积工艺,按照Rockwell-C粘着试验,涂层的粘着强度级别为HF1-HF2,并且即不受不同基体之间硬度差异的影响也不受石墨球数变化的影响。涂镀后ADI的显微组织变化可以忽略,残余奥氏体的数漫稍有减少。     

多颗粒沉积模型预测铜和铝冷喷涂层微观形貌

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了15个颗粒与基板的冷喷涂沉积模型,通过多颗粒沉积模型预测工艺条件、不同颗粒/基板组合的沉积行为和微观形貌;制备了Al和Cu冷喷涂涂层,观察了涂层截面形貌和颗粒变形特征,并与模拟结果进行对比.结果表明,多颗粒沉积模型可预测喷涂条件对颗粒沉积过程及涂层微观特征的影响,以及不同颗粒/基板组合的界面微观形貌.当碰撞速度低时,颗粒变形不充分,颗粒交界处易形成孔洞;随着速度增加,颗粒流变填充孔洞,涂层致密.与颗粒相比,硬基板涂层/基板界面平滑,机械互锁作用小;软基板形成射流状金属挤入颗粒之间,增加结合作用.      

电沉积-水热合成法制备生物陶瓷涂层的相组成和显微结构的控制

研究了低钙磷比溶液电沉积缺钙羟基磷灰石生物陶瓷涂层在水热合成和700℃、800℃和900℃焙烧后的相组成和显微组织结构。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对涂层进行分析,结果表明:在电沉积液Ca/P比为1.30、沉积液温度为25℃、电压为4 V的条件下,Ti基体表面沉积了片状和条状HAP和CaHPO_4·2H_2O混合相涂层。在pH值为12的碱液中经150℃和200℃水热合成4 h后,涂层由针状纯HAP组成,Ca/P比约为1.61,且随着水热合成温度的升高,晶体结晶度提高,但晶体无明显长大趋势。经700℃焙烧后,涂层仍由纯HAP组成,只是晶体因失水而发生团聚;经800℃焙烧后,部分HAP发生分解,生成β-Ca_3(PO_4)_2,且HAP与β-Ca_3(PO_4)_2的体积比为90∶10,形貌为块状和板条状,其表面附着许多细小的针状颗粒;经900℃焙烧后,β-Ca_3(PO_4)_2的含量增加,HAP与β-Ca_3(PO_4)_2的体积比为74∶26,小颗粒团聚成较大的块状和板条状颗粒。由此制备了对骨组织生长更有利的HAP+β-Ca_3(PO_4)_2双相涂层结构。