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。     

热处理对钛-生物玻璃涂层结合强度的影响

为了提高涂层与钛合金基体的结合强度,采用高速火焰喷涂方法,在Ti6Al4V钛合金基体表面喷涂不同比例的钛-生物玻璃复合涂层,喷涂后试样以5℃/min加热至700℃保温1h后随炉冷却。结果表明:高速火焰喷涂方法制备以钛为主粉,添加不同含量底釉生物玻璃(G),获得的涂层热处理前后结合强度范围在38～57MPa之间。涂层结合强度受喷涂粉体G添加量和热处理的影响。随着G添加量增加,结合强度升高,涂层经热处理后,结合强度略有下降。热处理释放了喷涂时产生的应力,使纯钛涂层裂纹加宽。而G的加入,与钛相互作用,发生浸润、扩散,涂层有再结晶和新相沿裂纹析出,起到修复裂纹的作用。     

不同工艺制备铁基非晶复合涂层组织与性能研究

分别采用大功率光纤激光器与超音速等离子喷涂设备在45号钢基体表面制备Fe基非晶复合涂层。采用扫描电镜、显微硬度计、X射线衍射仪对熔覆层进行微观组织和成分的研究;并分析熔覆层的显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明,激光熔覆涂层成型良好,无明显的孔隙、宏观裂纹等缺陷,熔覆层与基体之间为结合强度较高的冶金结合。超音速等离子喷涂涂层存在一定的气孔、微裂纹等缺陷,涂层与基体之间为机械结合,结合强度相对较弱。激光熔覆层组织为柱状晶、树枝晶和非晶共存组织。激光熔覆层内组织致密,且析出了Fe-Cr、(CrFe)_7C_3化合物等硬质相。超音速等离子喷涂涂层截面形貌为典型的层状结构,涂层的非晶含量明显高于激光熔覆涂层,但由于其内部的孔隙和微裂纹,使激光熔覆涂层耐腐蚀性能优于超音速等离子喷涂涂层。     

纯钽表面微弧氧化“类骨小梁”状多孔涂层的细胞相容性

目的 提高医用纯钽的生物活性，利用微弧氧化(MAO)技术在其表面制备出“类骨小梁”状分级多孔涂层，并对比该涂层与传统“火山坑”状MAO涂层以及机械抛光纯钽表面在表面粗糙度、亲水性以及细胞相容性方面的差异。方法 使用0.1 mol/L Na₂B₄O₇和0.05 mol/L Na₃PO₄电解液在纯钽表面分别制备出“类骨小梁”状及“火山坑”状多孔涂层(分别命名为B-MAO和P-MAO涂层)。采用扫描电镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱对不同结构涂层进行形貌观察和相组成分析，使用十字划格法评价涂层结合强度，使用激光共聚焦显微镜测定涂层的表面粗糙度，使用接触角仪测量其亲水性，并将小鼠前成骨细胞(MC3T3-E1)接种于材料表面，对比不同形貌状态对细胞铺展、增殖以及成骨分化的影响。结果 MAO涂层物相主要为Ta₂O₅。B-MAO涂层由于内部孔隙度高，应力释放充分，涂层结合强度高，而P-MAO涂层则因具有分层现象和较大的残余应力，易从基体剥落。抛光...     

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.     

悬浮液等离子喷涂制备FHA/CS复合涂层

目的 采用悬浮液等离子喷涂技术（SPS）在纯钛表面制备氟代羟基磷灰石/硅酸钙（FHA/CS）生物复合涂层。方法 利用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）及能谱仪（EDS）对复合涂层的物相组成、组织结构和显微形貌进行分析。通过动电位极化测试和体外生物活性测试,分析复合涂层在模拟体液（SBF）中的腐蚀行为和类骨磷灰石形成能力。通过电感耦合等离子体光谱仪（ICP）分析涂层中Ca2+的释放行为,评估复合涂层的化学稳定性。采用划痕法表征涂层的结合强度。结果 SPS制备的复合涂层具有粗糙的表面和层片堆叠结构。涂层中FHA和CS两相分布均匀,结晶性良好。复合涂层临界载荷达到111.43 N,比单一FHA涂层提高62.5%。与纯钛相比,涂层样品具有较高的腐蚀电位（Ecorr）和较低的腐蚀电流密度（Jcorr）。在SBF溶液中浸泡3天,涂层样品表面被类骨磷灰石完全覆盖。ICP结果表明,复合涂层中Ca2+释放速率低于单一CS涂层。结论 通过SPS在纯钛表面制备的FHA/CS复合涂层具有良好的生物活性、耐腐蚀性能和与基体的结合强度,复合涂层中FHA组分的存在有利于提高涂层的化学稳定性。     

等离子喷涂镍基Al2O3梯度涂层的组织与结合性能

采用大气等离子喷涂在不锈钢表面制备镍基Al2O3梯度陶瓷涂层和双层陶瓷涂层,研究涂层的显微组织和结合性能.结果表明:梯度涂层结构紧凑,层状结构明显,孔隙率低,稀土氧化物对梯度涂层微观结构和结合强度改善起到一定作用.梯度涂层比双层结合强度高,双层涂层在打底层与基体间断开,而梯度涂层断层在第4层,梯度涂层拉断层层面凹凸不平,由原来等离子喷涂粒子相互交叉堆叠部分、陶瓷相脆性断裂和少数金属相塑性变形组成.     

纳米和微米ZrB_2-SiC粉末对涂层高温抗氧化性能的影响

选用纳米团聚粉末和常规微米商用ZrB_2-SiC粉末,利用超音速等离子喷涂在310S耐热不锈钢基体上制备高温抗氧化ZrB_2-SiC复合涂层。采用XRD、SEM、EDS分析涂层组织结构;拉伸法测定涂层结合强度;静态高温氧化法表征涂层抗高温氧化性能。优化了喷涂距离,研究纳米和微米ZrB_2-SiC粉末对涂层形貌、组织结构及性能的影响。结果表明:纳米团聚粉末(n-ZS)涂层表面孔隙和微裂纹较微米商用粉末(m-ZS)涂层大幅减少,涂层更为致密;n-ZS涂层结合强度达到44.6 MPa,较m-ZS涂层提升了约67%;经过1 100℃、50 h的高温氧化试验,n-ZS涂层增重明显低于m-ZS涂层,氧化倾向低,具有更好的高温抗氧化能力。     

纳米ZrO2-Y2O3-La2O3热障涂层的结构与性能研究

采用喷雾造粒工艺在纳米ZrO2-8wt％Y2O3(8YSZ)基体中添加了纳米La2O3,并进行团聚、热处理,作为喷涂喂料.NiCrAlY(Ni-25Cr-5Al-0.5Y,wt％)作为粘结层材料,采用等离子喷涂技术制备热障涂层.对涂层的组织结构和性能进行了表征与分析.结果表明:喷涂后涂层相组成只有稳定的t相;涂层具有典型的等离子喷涂结构;添加纳米LaO3能够降低涂层的热导率,且涂层的结合强度随掺杂量的增多而提高.     

超音速火焰喷涂Ni/MoS_2涂层形成及拉伸破坏机理

采用喷雾造粒方法对镍包二硫化钼与纳米碳化硅粉末进行了造粒,并应用超音速火焰喷涂技术制备了镍包二硫化钼涂层、镍包二硫化钼与纳米碳化硅复合涂层.镍包二硫化钼粉末粒子涂层形成过程中,喷涂粒子嵌入软基体材料,形成弹坑,有利于涂层的形成过程,而撞击形成的破碎粒子间存在孔隙、气孔,削弱了涂层机械强度.不同的喷涂粉末粒子对涂层的拉伸结合强度有很大影响,镍包二硫化钼涂层结合强度为13.679MPa,镍包二硫化铜与纳米碳化硅复合涂层结合强度为29.748 MPa.实验结果表明,复合粉末涂层形成过程中,高硬度的纳米粒子碳化硅在喷涂过程中嵌入基体表面,同时撞击破碎的二硫化钼粒子间被纳米碳化硅粒子及金属镍所充填,减少了破碎的二硫化钼粒子间的气孔和孔隙,提高了涂层的拉伸结合强度.     

热处理温度对钛表面微纳米分级多孔膜结构特征影响规律

采用碱液处理医用钛表面制备出微纳米分级多孔结构膜层,通过酸处理以及不同温度热处理对微纳米分级多孔膜改性以提高其生物活性。利用SEM、EDS和XRD分析钛表面微纳米分级多孔膜的形貌、化学组成和物相组成,探讨热处理温度对钛表面微纳米分级多孔膜结构特征的影响规律。结果表明,当热处理温度低于750℃时,样品表面的微纳米分级多孔膜层形貌特征保持不变;当热处理温度为550℃时,钛表面微纳米分级多孔膜物相主要是结晶良好的锐钛矿型二氧化钛,具有良好的生物活性。     

不同活化工艺对电解镍始极片结合力及性能的影响

目的为了提高电解镍始极片与基体的结合力,增加镀层耐蚀性能,改善镀层质量。方法通过采用不同的活化工艺对基体进行表面处理后制备镀层,采用划格法测试镀层与基体的结合力,用场发射电子扫描显微镜观察镀层与基体的截面形貌,用X射线衍射仪(XRD)分析镀层的相组成、应力以及镀层晶粒尺寸大小,用电化学工作站研究镀层的耐蚀性能。结果基体经过活化工艺处理后,镀层与基体结合均匀、致密、完整,大幅提高了镀层与基体的结合力,改善了镀层质量,镀层内应力由287.2 MPa降低到220.0 MPa,并且活化工艺不会给镀层引入其他杂质元素以及改变晶粒尺寸大小。电化学性能测试后发现,经过活化工艺后的镀层耐蚀性能增大,自腐蚀电位由-0.5481 V升高到-0.3980 V;自腐蚀电流密度由9.941μA/cm~2降低到2.927μA/cm~2。结论钛基体经过活化处理后,生成一层薄的活化膜,这层活化膜通过提高钛基体的表面活性,改变钛基体表面状态,来提高金属电沉积层与钛基体的结合强度,同时镀层的综合性能也得到了改善。     

激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究进展

钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强等显著优点,在航空航天、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。然而,钛合金硬度低、耐磨性差,严重制约其在摩擦工况下的使用寿命。激光熔覆技术具有生产效率高、热影响区窄、结合强度高、组织致密等优势,被广泛用于钛合金零部件表面改性和熔覆修复。高硬、高模量碳化钛的热物性参数与钛合金基材相近,常被选作激光熔覆钛基复合涂层的增强相,以提高其耐磨性。介绍了碳化钛的晶体结构、生长形态和性能特点。综述了碳化钛增强钛基激光熔覆材料体系以及工艺参数对熔覆层成形质量、宏观形貌和微观组织的影响。重点从碳化钛增强相的分布、数量、尺度以及相结构等方面,论述了碳化钛增强钛基激光熔覆层的组织特征,同时阐述了碳化钛强化机制,讨论了碳化钛增强钛基激光熔覆层组织特征与耐磨性能的内在关联性。最后提出了目前激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究中存在的问题与展望。     

感应钎涂中涂层与基体的热耦合效应

目的 研究钎涂中涂层感应热和基体感应热对基体温度场的耦合效应.方法 建立二维有限元模型,研究涂层制备全周期热载荷作用下涂层与基体的温度场变化规律,揭示涂层与基体感应热对基体热影响的耦合作用机制.以钛合金表面感应重熔钛基合金涂层为例,研究涂层和基体感应热耦合作用对基体的热影响,同时,对比研究涂层和基体感应热单独作用对基体...     

电解液成分对纯钛表面微弧氧化膜结构与生物活性的影响

采用微弧氧化处理技术,在纯钛TA2表面制备了含钙磷的多孔复合氧化膜,用SEM、XRD、EPMA等分析了电解液成分对氧化膜形貌、成分、相构成及生物活性的影响。结果表明:纯钛表面微弧氧化后原位生成的含钙磷多孔性复合氧化膜由锐钛矿相TiO2,金红石相TiO2和基体Ti组成;随电解液中钙磷摩尔比(Ca/P)值的增大,表面孔洞数量增多、直径变小,膜中Ca/P值增大,锐钛矿相TiO2减少、金红石相TiO2增多;当电解液中Ca/P=5时得到的氧化膜的Ca/P值为1.528,将该样品经碱液处理后再在快速钙化溶液(FCS)中浸泡2 d后即有羟基磷灰石HA形成,表明其具有良好的生物活性。     

304不锈钢表面冷喷涂TC4钛合金涂层性能研究

采用冷喷涂技术在304不锈钢表面制备了TC4钛合金涂层,通过扫描电子显微镜观察了涂层的形貌、组织结构,并利用电化学方法研究了涂层的腐蚀电化学特征。研究结果表明,冷喷涂制备的TC4钛合金涂层致密性存在较为明显的梯度现象,靠近基体的涂层密度明显高于表面;涂层喷涂过程没有出现明显氧化现象,与基体的结合强度可达20 MPa左右;涂层的耐腐蚀性能优于304不锈钢,可大大提升不锈钢材料在海洋环境中的耐点蚀性能。     

电热爆炸喷涂和等离子喷涂联合法制备热障涂层的研究

采用电热爆炸喷涂和等离子喷涂联合制备热障涂层,以电热爆炸喷涂法在DZ125合金表面制备NiCoCrAlY粘结层,以等离子喷涂技术制备陶瓷顶层。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪对所制备的粘结层进行分析,结果表明:电热爆炸喷涂的粘结层与基体结合良好,喷涂态的粘结层的相主要由Ni3Al组成。采用联合法制备的热障涂层,在喷涂态的陶瓷层、粘结层、基体3者结合良好,界面清晰。在高温热循环过程中,粘结层/陶瓷层界面间生成了连续、致密的Al2O3膜,阻碍粘结层的氧化。粘结层/TGO界面产生平行于界面的裂纹,是导致热障涂层失效的主要原因。     

铝合金焊接区喷射式微弧氧化陶瓷层耐腐蚀性研究

目的研究喷射式微弧氧化对改善铝合金焊接区耐腐蚀性能的可行性。方法使用自行研制的喷射式微弧氧化设备,在铝合金焊接区表面制备一层陶瓷膜,并在同等参数下制备一层浸入式微弧氧化陶瓷层进行对比。通过扫描电镜观察陶瓷膜表面和截面的微观形貌,并对陶瓷膜截面进行元素分析;分别利用铜加速盐雾腐蚀实验和动电位极化实验检测陶瓷膜的耐腐蚀性能,分析陶瓷膜的耐腐蚀性能。结果两种方法制备的陶瓷膜微观形貌相似,表面都有许多"火山口"状产物并伴有裂纹,截面疏松多孔,主要元素为Al和O;经240 h盐雾腐蚀后,3种试样均有不同程度的腐蚀,其中铝合金焊接基体腐蚀最严重,浸入式、喷射式次之,其腐蚀失重率分别是0.0072,0.0039,0.0023 g/cm2;极化曲线显示,铝合金基体、焊接基体、浸入式陶瓷膜、喷射式陶瓷膜腐蚀电位分别为-0.794,-0.742,-0.615,-0.578 V,耐腐蚀性依次增强。结论喷射式微弧氧化陶瓷层耐腐蚀性能表现较好,基本达到制备要求,在不适于浸入式微弧氧化的条件下可采用喷射式方法处理。     

Interface interactions between porous titanium/tantalum coatings, produced by Selective Laser Melting (SLM), on a cobalt-chromium alloy

Porous titanium and tantalum coatings were produced on cast cobalt-chromium alloy substrate plates (Co-28 Cr-6 Mo ASTM designation F75)) using the additive manufacturing process Selective Laser Melting (SLM). Both tantalum and titanium coatings where successfully produced, however, a poor interface bond was observed with the titanium coatings on the cobalt-chrome alloy. This was due to a eutectic reaction leading to the formation of a low melting point phase βTi(CoCr) which cracks during cooling, rather than the formation of titanium carbide, as previously reported. This cracking makes titanium an unsuitable material to coat cobalt-chromium alloys using SLM.Tantalum coatings, however, showed considerably improved performance in terms of interface compatibility when compared to titanium and therefore a Co-Cr/Ta system would seem feasible for the manufacture of porous structured devices when a bi-material approach is required. This would allow the advantages of a highly biocompatible structured coating to be combined with the mechanical performance of a less biocompatible substrate.     

Enhancement of adhesion bonding between titanium metal and electrodeposited calcium phosphate

A novel hydroxyapatite/rutile coating was prepared on a titanium substrate. Initially, an amorphous calcium phosphate coating layer was electrochemically deposited on a Ti substrate. The surface morphology, chemical composition and phase identification of the coatings were investigated by the X-ray diffraction and scanning electron microscopy associated with an energy dispersive spectrometer. Annealing at 700°C for 3 hrs. transforms the amorphous calcium phosphate layer into well-crystallized hydroxyapatite (HAP) and the Ti metal surface into rutile. The developed HAP/rutile composite surface layer became denser and better adhering with the substrate than the initially formed amorphous calcium phosphate. The adhesion bond strength and the hardness of the coating were extremely raised by thermal annealing.