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     

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.     

宽带激光熔覆NiWC梯度复合涂层组织与性能

采用自重送粉法,在40Cr钢表面用宽带激光熔覆了NiWC复合梯度涂层。RDX分析表明,NiWC复合梯度涂层熔覆区主要是由γNi、M23C6、M7C3、Ni3B、WC和W2C所构成。涂层组织形貌特征随着由Ni-50%WC、Ni-25%WC、Ni-10%WC和Ni基合金各亚层的渐次过渡而发生明显变化在复合梯度涂层熔覆区各亚层交界处因激光重熔作用其显微硬度明显降低,致使熔覆区沿层深方向出现了几个软化微区;在干滑动摩擦磨损条件下,Ni-WC复合梯度涂层具有很高的耐磨性,其主要磨损机制为磨粒磨损和WC颗粒剥落磨损。     

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。     

激光熔覆氧化物陶瓷涂层的微观组织

本文以制作Al_2O_3,Co,Ni底釉混合物的涂层为例,研究了激光熔覆氧化物涂层的微观组织特征。熔覆形成的涂层是由接近基材表面的Fe-Si-O薄层、粗大等轴晶粒层和细小枝晶组织层构成。从形核结晶理论出发,基于氧化物材料的较低的导热性能,解释了这种微观组织的形成原因。     

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...     

激光熔覆稀土生物陶瓷涂层耐蚀性研究

本文研究了激光熔覆生物陶瓷涂层的耐酸、耐碱及耐生理盐液腐蚀性.结果表明,在一定激光熔覆条件下制备的稀土生物陶瓷涂层复合材料比钛合金、未加稀土的涂层材料耐腐蚀能力强.稀土涂层对基体具有保护作用,稀土在涂层熔池内对流扩散混合,弥散分布整个区域,通过细化表层晶粒,提高晶界结合力,降低化学位,来抑制酸、碱及生理盐液的腐蚀.     

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。     

激光熔覆钴基合金涂层的组织结构

利用5kWCO2连续激光器在16Mn钢表面进行激光熔覆钴基合金涂层，研究了激光覆合金涂层的显微组织形貌，相结构以及显微硬度。激光熔覆涂层可分为三个区域：熔化区（合金层）结合区及基材热影响区。合金涂层由γ-Co枝晶及其间的共晶组织组成，合金涂层的主要组成相为γ-Co和（Cr,Fe)7^C3。     

激光熔覆生物陶瓷涂层和界面的研究

采用公认的具有生物相容性和生物活性的生物陶瓷羟基磷灰石(HA)、磷酸钙(TCP)等钙磷材料改善金属材料钛合金TC4的表面生物学性能。先用高能激光束辐射预置于钛表面的陶瓷粉末,在金属表面原位合成生物陶瓷成分,再用X-ray表征了涂层材料,测定了涂层与界面的结合强度。结果表明:获得的涂层的成分为生物陶瓷成分,其中的主要成分为羟基磷灰石(HA),涂层与基材获得的界面强度达到42.96Mpa,界面有较好的改善。     

激光表面熔覆制备纳米结构涂层的研究进展

激光表面熔覆制备纳米结构涂层是一种新型的纳米表面涂层技术.综述了国内外近年来激光熔覆制备纳米结构涂层的研究进展.从熔覆对象的角度介绍了激光熔覆制备纳米结构涂层的主要技术,熔覆对象可分为纳米粉末和预制纳米结构涂层.而纳米粉末主要有纯纳米粉末、纳米/微米混合粉末和构造纳米粉末等;预制纳米结构涂层可分为热喷涂纳米结构涂层、纳米复合镀层以及溶胶一凝胶(sol-gel)纳米结构涂层等.阐述了激光熔覆制备纳米结构涂层存在的主要问题,并提出了当前的主要发展趋势:激光熔覆原位生成纳米结构涂层、激光熔覆纳米/微米构造复合粉末以及激光熔覆制备纳米结构涂层过程的数值模拟等.     

钛合金基体上激光熔覆制备钛铝化物基复合涂层组织特征

采用含有Ti,Al,Nb,Cr,C元素的混合金属粉末，以激光熔覆的方法在Ti-6Al-4V合金基材上制备了钛铝化物基原位合成碳化物增强复合涂层，分析了涂层的成形、组织组成、成分分布、相结构组成以及显微硬度分布等显微结构特征。所制备的涂层组织细小均匀，其显微结构特征可以描述为：等轴γ-TiAl＋层片(γ-TiAl/α2-Ti3Al)＋碳化物增强相，其中，等轴的γ-TiAl晶粒尺寸在微米量级，γ-TiAl/α2-Ti3Al 层片间距在500 nm以下，碳化物增强相在涂层内部均匀分布，呈微米级的短棒状形态。     

锰青铜表面激光熔覆镍基合金的微观组织

用Rofin-Sinar CW025 YAG激光设备,采用同步送粉的方式进行自熔性Ni-Cr-B-Si合金粉末的激光熔覆,获得了无气孔和裂纹缺陷的熔覆层.借助扫描电子显微镜(SEM,LEO 1450)、能谱仪(EDS),X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相分析.研究结果表明,激光熔覆层与C86300铜合金基体实现了良好的冶金结合,激光熔覆层组织主要是γNi,Cr7C3,Ni2B,Ni3B以及少量CrB2和Cr3Si,并且实现了主要元素(Cr,Fe,Ni,Cu和Zn)从基体到熔覆层的梯度分布.     

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.     

激光熔覆Ta-W合金涂层工艺方法研究

采用预置涂层和同轴送粉激光熔覆方法,分别以Ta/W混合粉末和纯W粉末为熔覆材料,纯Ta为基底,在Ta板上制备Ta-W合金涂层,对难熔金属材料的激光熔覆工艺方法进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及显微硬度计对两种方法所制备熔覆层的微观组织和显微硬度进行了分析。结果表明,预置粉末法激光熔覆层厚度均匀,稀释率低,涂层内部为粗大的Ta-W合金固溶体组织,熔覆层平均硬度为1500HV,高于基底10倍。同轴送粉法激光熔覆层与基底呈良好的冶金结合,熔深较大,涂层内部为致密细小的树枝状Ta-W合金固溶体,均匀分布于Ta中。涂层平均硬度为800HV,为基材的5倍。     

原位生成NbC颗粒增强镍基激光熔覆层

激光熔覆技术是金属材料表面强化和改性的有效方法之一。利用该技术,在A3钢表面激光熔覆预置涂层,成功制备出了原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层,并进行了硬度、摩擦性能测试,X射线衍射(XRD)和显微组织分析。扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析结果表明,原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层与基材呈现良好的冶金结合,熔覆层的组织为先共晶析出的树枝晶(Cr,Fe碳化物相)和原位生成的NbC颗粒相均匀分布在γ(Ni Fe)基体中。硬度测试和摩擦磨损实验表明,激光熔覆原位生成NbC颗粒增强镍基复合涂层平均硬度高达HV0.31200,耐磨性是纯Ni60激光熔覆层的2.5倍。分析认为,其硬度和耐磨性提高的原因在于涂层中形成了大量的、原位生长的NbC颗粒增强相,且均匀分布于基体中。     

纳米Al2O3/Ni基合金复合材料激光熔覆层组织

采用横流5kW CO2激光，在Ni基高温合金表面制备了纳米Al2O3／Ni基合金复合材料激光熔覆层。利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)及附件(EDS)分析了熔覆层的快速凝固组织、成分及纳米颗粒的分布。结果表明，未加纳米Al2O3时界面区为垂直于界面、定向生长的柱状树枝晶组织；加入纳米Al2O3后，熔池凝固结晶组织形态发生变化，由细长的柱状树枝晶逐步过渡为较短的树枝晶；当Al2O3的加入量为1％时，熔覆层与基体的界面区不出现定向生长，整个断面呈现等轴枝晶组织；纳米Al2O3促进固液界面前沿形核，纳米Al2O3附着在晶体生长的前沿，阻碍晶体的长大，凝固组织得到显著细化；纳米Al2O3颗粒抑制了熔覆层裂纹的形成。