激光熔覆制备钛基羟基磷灰石涂层

使用HA粉末通过激光熔覆的方法在纯钛表面制备羟基磷灰石(HA)涂层,并对涂层的物相组成、成分分布和微观结构进行了研究.研究发现激光熔覆过程中,HA在高温下会发生分解生成α-Ca3(PO4)2、β-Ca3(PO4)2和CaO.这些分解产物分布于涂层的表层,形成了具有一定生物活性的生物陶瓷层.同时HA还能与Ti之间发生反应...     

宽带激光熔覆梯度生物活性陶瓷复合涂层组织与性能

为了增加基材与生物陶瓷涂层之间的结合强度,消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的开裂倾向,设计了一种梯度生物陶瓷复合涂层并采用宽带激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金上制备了梯度生物陶瓷复合涂层,对其组织和性能进行了研究.结果表明:钙和氧元素主要分布在生物陶瓷涂层中;钛和钒元素主要分布在基材和合金化层内;磷元素分布在合金层与陶瓷层中.合金层中基底组织上分布着白色共晶组织和白色颗粒,基底组织主要为Ti(Al,P,Fe,V)相,白色共晶组织主要为Fe2Ti4O AlV3,白色颗粒为结晶析出的Al3V0.333Ti0.666;生物陶瓷层中的基底组织为胞状晶,其上分布有灰色相和白色颗粒相,胞状晶主要为GaO、CaTiO3和HA,灰色相为β-TCP及Ca2Ti2O6,白色颗粒相为TiO2.陶瓷涂层表面形成了类珊瑚礁结构及短杆堆积结构.这种表面结构将有助于为骨细胞长入生物陶瓷涂层提供通道.陶瓷层与钛合金基体之间的结合强度大于37.3 MPa.合金层的最高硬度为1600 HV0.2,生物陶瓷涂层显微硬度最大值约为1300HV0.2.     

宽带激光熔覆梯度稀土生物陶瓷涂层的生物活性

为了减少激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热裂纹, 提高涂层与基材的结合强度, 设计了一种梯度稀土生物陶瓷涂层, 采用宽带激光熔覆技术,在TC4钛合金表面制备了含HA＋β－TCP活性相的稀土活性梯度生物陶瓷复合涂层。利用SEM 、XRD分析手段对涂层形貌、相组成进行了研究; 通过模拟体液(SBF)浸泡实验(浸泡7 、14 d)考察了生物陶瓷涂层的生物活性; 利用电化学分析仪测试了生物活性陶瓷涂层的耐腐蚀性。结果表明, 当稀土氧化物Nd2O3添加量为w(Nd2O3)＝0.6%时, 宽带激光熔覆过程中催化合成HA＋β－TCP活性相的数量最多, 具有优异的表面形貌; 当稀土氧化物Nd2O3添加量为w(Nd2O3)＝0.6%时, 梯度稀土生物陶瓷涂层在SBF中浸泡不同时间点后表面沉积的类骨磷灰石相数量均较未加入Nd2O3的梯度生物陶瓷涂层多, 具有最好的生物活性, 且耐腐蚀性最佳。     

掺杂低含量SiO2对激光熔覆CaP生物陶瓷涂层性能的影响

为提高医用TC4钛合金表面熔覆羟基磷灰石（HA）涂层的植入稳定性和生物活性,采用激光熔覆方法制备出不同含硅量的CaP生物陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）表征了熔覆层组织形貌和物相组成。结果表明:添加SiO2（1wt.%、3wt.%）后形成Ca2SiO4相,熔覆层中部组织细化。通过电化学腐蚀和体外SBF浸泡实验研究了SiO2含量对涂层耐腐蚀性和生物活性的影响。电化学腐蚀结果表明:随着SiO2含量的增大,涂层表面腐蚀电流密度逐渐减小;体外SBF浸泡结果表明:添加SiO2可以加快涂层表面类骨磷灰石的形成,其中,添加SiO2为1wt.%时涂层表面类骨磷灰石呈均匀分布。因此,低含量SiO2可以提高生物陶瓷涂层的耐腐蚀性和生物活性。     

宽带激光熔覆生物陶瓷梯度涂层及其生物活性

为了消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力,提高涂层与基材的结合强度,采用宽带激光熔覆技术,在Ti-6A1-4V合金表面制备含HA+β-TCP的生物陶瓷梯度涂层(HA为羟基磷灰石).利用OM、SEM和XRD对涂层形貌、相组成进行了研究,并通过体外模拟体液浸泡实验考察了涂层的生物活性.结果表明:生物陶瓷梯度涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层3个层次,且各梯度层的结合界面均为良好的化学冶金结合.稀土氧化物La2O3在激光熔覆生物陶瓷过程中具有诱导合成HA-β-TCP的作用,生物陶瓷涂层的生物活性与不同La2O3含量诱导合成HA+β-TCP的数量密切相关.当La2O3含量为0.6 wt.%时,合成HA+β-TCP的数量最多.当La2O3的添加量为0.6 wt.%时,涂层表面形成的类骨磷灰石数量最多:且经14天浸泡后的涂层明显比7天形成的类骨磷灰石数量多.     

激光熔覆生物陶瓷涂层物相分析

用激光熔覆技术在预涂敷于钛合金(TC4)表面的CaCO3和CaHPO4·2H2O以及Ti粉经两次激光熔覆及适当热处理制备了生物陶瓷涂层。通过X射线衍射(XRD)分析可得:过渡层涂层成分主要为CaTiO3,未热处理的陶瓷层成分主要为磷酸四钙(TTCP),热处理陶瓷层涂层主要物相为羟基磷灰石(HA)。研究工艺参数、热处理以及混合粉末配比对涂层物相组成的影响研究可知:工艺参数激光功率对涂层物相的影响大于扫描速度;800℃热处理4h并随炉冷却可以有效提高涂层HA含量;Ca/P2.00配比的混合粉末所制备的涂层HA含量最高。     

激光熔覆与等离子喷涂制备FHA涂层及其性能研究

采用激光熔覆与等离子喷涂复合技术制备含氟羟基磷灰石(HA)生物陶瓷涂层,用HA、氟化钙(Ca F2)、钛(Ti)混合粉末在Ti-6Al-4V基体上用激光熔覆制备过渡层,其上以HA、Ca F2为原料用等离子喷涂技术制备富含Ca10(PO4)6Fx(OH)2-x的陶瓷层。通过对涂层样品进行拉伸实验、模拟体液(SBF)浸泡的测试并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微和能谱(SEM/EDS)分析,研究了F含量对涂层物相组成、结合强度、表面形貌、生物活性的影响。结果表明:激光熔覆与等离子喷涂复合技术制备的涂层可以提高结合强度至20.1 MPa,当x=1.5时达到最大值28.4 MPa;随着x值的不断增大,涂层的结晶度提高、生物活性增强,但是涂层表面的裂纹数量增多。当x=1.0~1.5之间时涂层的综合性能最好。     

Nd2O3含量对宽带激光熔覆生物活性稀土梯度涂层生物相容性的影响

针对目前生物活性陶瓷涂层存在的问题,设计了一种梯度涂层,采用宽带激光熔覆技术,通过加入不同含量的稀土氧化物Nd₂O₃来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物相容性,在Ti-6Al-4V合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土活性梯度陶瓷涂层。利用SEM、XRD对活性涂层组织结构进行了研究。采用体外人成骨细胞与材料共培养的方法,对梯度活性陶瓷涂层进行了细胞形态实验。结果表明:Nd₂O₃含量的不同,对涂层催化效果不一样,使得复合涂层呈现形态各异的表面特征,但涂层表面都具有一定的粗糙度,将增加生物陶瓷涂层与骨组织的生物相容性;稀土氧化物Nd₂O₃在激光熔覆生物陶瓷过程中具有催化合成HA+β-TCP的作用,当w（Nd₂O₃）=0.6%时,诱导合成HA+β-TCP的数量最多;含稀土氧化物Nd₂O₃的涂层对成骨细胞无毒副作用,当w（Nd₂O₃）=0.6%时染色呈正常梭形状态的细胞数目最多,具有最佳的生物相容性。     

Ti6Al4V表面激光熔覆生物陶瓷复合涂层研究

针对Ti6Al4V合金在作为医用植入体中存在耐磨性及生物活性差的问题,采用激光熔覆制备表面羟基磷灰石HA/TC4复合生物陶瓷涂层。综合利用基体的力学性能和涂层的生物性能,具有显著优势。通过设计复合涂层的成分配比和优化激光加工工艺参数,在Ti6Al4V合金表面制备了成型良好、无冶金缺陷的单道和多道搭接生物复合涂层。对表面复合涂层的微观组织及性能进行了研究,结果表明涂层中生成了α-Ti、Ti3P、Ti O、Ca Ti O3和β-Ca3(PO4)2等相。涂层的摩擦系数低于基体,磨痕宽度小于基体,表明复合涂层具有优良的耐磨特性。模拟体液在涂层表面的接触角小于在钛基体表面接触角,表明激光熔覆涂层改善了基体的表面润湿性。     

激光熔覆梯度生物陶瓷涂层的研究

钛合金表面涂覆羟基磷灰石 (HA)用作硬组织植入体 ,既有优良的力学性能 ,又有优良的生物相容性 ,是材料学和生物医学中的研究热点。基于CaCO3 +CaHPO3 ·2H2 O在高温下能反应生成羟基磷灰石 ,以及激光熔覆技术能够制备与基体材料结合良好的陶瓷涂层的事实 ,尝试了利用激光处理在钛合金表面同步合成与熔覆羟基磷灰石生物陶瓷涂层的新技术。实验表明 ,以 80CaCO3 2 0CaHPO3 ·2H2 O ,另加 1%Y2 O3 为原料 ,在功率密度 13～ 15W/mm2 ,扫描速度 6 30mm/min的处理条件下 ,在TC4钛合金表面成功地制备出以羟基磷灰石为主的、具有梯度特征的生物陶瓷涂层。该涂层由表及里钙含量逐渐减少 ,钛、钇递增 ,磷则是先增加后减少 ;致密度由表及里呈现出逐步提高的特征 ;显微硬度则逐渐降低     

激光熔覆羟基磷灰石涂层的研究动态

羟基磷灰石(HA)是目前生物相容性最好的生物活性陶瓷。其涂层的制备方法也成为材料学科研究的热点之一。激光熔覆作为表面改性的新技术,在制备HA生物陶瓷涂层方面显示出独特的优越性,所得涂层质量明显优于其它制备技术。对激光熔覆HA涂层的组织性能特点及影响因素进行了综述,详细分析了工艺参数、反应物配比、稀土元素及梯度涂层等因素对涂层质量的影响,展望了该项技术的应用前景。     

H13钢表面激光熔覆层稀释率及强化效果研究

为了改善H13钢的表面性能,利用YLS-4000型光纤激光器在H13钢表面熔覆镍基涂层,采用正交试验法,对不同工艺下的熔覆层表面形貌、几何参量、稀释率、微观组织、显微硬度进行了检测分析。结果表明,激光功率最小而送粉速率最大时（P=1800W,v_f=1.0g/s）表面凹凸不平;激光功率和扫描速率最大时（P=2200W,v_s=25mm/s）表面出现裂纹;当稀释率η < 10%时,熔覆区平均硬度（大于800HV）为基体硬度（246HV）的3倍以上,强化效果显著;当稀释率η>25%时,熔覆区下部受熔化基体的稀释作用硬度较低;稀释率随着激光功率与扫描速率的增加而增加,随着送粉速率的增加而降低。通过调整工艺参量可获得表面平整光滑、组织致密、强化效果显著的熔覆层。     

激光重熔对TC4钛合金表面激光原位熔覆层微观组织与性能的影响

为了进一步提高激光原位熔覆层的质量,利用激光重熔方法对TC4钛合金表面激光原位熔覆层进行了处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别对比研究了熔层的显微组织、相分布和显微硬度。结果表明,适当工艺参数的激光重熔处理可以消除位于原位熔覆层底部的大气孔,可以使熔层中的陶瓷相分布更均匀,从而提高熔层的组织致密性;激光重熔处理后熔层硬度值的梯度变化减弱,熔层的平均显微硬度与质量的稳定性均得到提高。     

激光熔覆原位合成制备生物陶瓷涂层

激光熔覆直接处理CaHPO4·2H2O与CaCO3的复合粉末,制备出了羟基磷灰石(HAP)生物陶瓷涂层。结果表明,熔覆层组织为粒状的HAP分布于互相搭接的棒状β-Ca2P2O7之中,熔覆层主要物相为β-Ca2P2O7与Ca5(PO4)3(OH)。涂层与基体结合处为平界面外延生长的带状组织,熔覆层中部则为典型的胞状晶,熔覆层表面组织为粒状等轴晶,组织演化决定于激光熔覆时的温度梯度/凝固速度(G/R)的比值。     

钒氮合金对激光熔覆钴基合金涂层组织和耐磨性的影响

利用5 kW CO2连续激光,在低碳钢表面熔覆钴基合金和添加钒氮合金的钴基合金涂层.采用光学显微镜(OP)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了熔覆层的显微组织和相结构;利用显微硬度计及滑动磨损试验机测试了熔覆层的硬度和抗磨损性能.结果表明,Co基合金涂层主要组成相为γ-Co与碳化物Cr23C6;加入钒氮合金后,出现了σ-FeV和VN等相,涂层凝固组织明显细化,熔覆层硬度提高,凡界面处硬度均比表层高;熔覆层的耐磨性随钒氮合金的加入及激光扫描速度的增加而提高,同时对熔覆层的磨损机制进行了分析.     

激光重熔工艺对YCF101涂层质量的影响

YCF101合金(铁基)涂层耐磨耐蚀以及合适的硬度,是机床零件再制造理想涂层。为制备高表面质量的涂层,研究了不同重熔工艺参数对YCF101涂层质量的影响。采用激光共聚焦显微镜(LEXT OLS4100)对涂层表面形貌、组织和截面质量进行了分析。研究结果表明,激光重熔有效提高涂层表面质量；在相同的重熔工艺参数下,重熔轨迹与熔覆轨迹呈45°的重熔方式,重熔质量最好；重熔功率为200 W,重熔速度9 mm/s,重熔间距1 mm时,涂层质量最好；随着重熔功率增加,涂层裂纹增多；重熔后熔池内部细密的晶粒被柱状晶取代,涂层截面组织均匀,涂层表面组织晶粒细化。