激光熔覆生物陶瓷涂层的组织结构

借助ＸＲＤ及ＳＥＭ对ＴＣ４钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的组织结构进行了研究。结果表明,该涂层为含ＨＡ等钙磷基复合相结构,其组织具有择优取向,有序分布的胞状微晶特征,晶内局部区域有细小粒状物析出,晶界存在第二相,涂层与基体界面为化学冶金结合。该涂层提高了与自然生物硬组织组织结构特性的相似程度。     

稀土对激光熔覆生物陶瓷涂层强度的影响

测试了激光熔覆生物陶瓷涂层与基体的结合强度、涂层抗弯、抗拉和抗压强度，并计算了弹性模量。结果表明，稀土能够提高涂层与基体的结合强度、抗弯及抗拉强度，但降低了涂层的抗压强度。稀土在激光熔覆条件下充分扩散传质弥散分布于涂层熔池内，分散的稀土颗粒促进晶体形核和成长，细化晶粒，强化涂层。激光熔覆涂层复合材料满足生理条件下的强度要求。     

激光熔覆钛基生物陶瓷涂层的制备及其界面研究

利用高功率CO_2激光器在Ti-6Al-4V合金表面制备含有生物活性陶瓷相的梯度生物陶瓷涂层.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电子探针(EPMA)等对熔覆层和界面的显微组织、相组成及成分进行分析.结果表明:激光熔覆复合涂层中生成了羟基磷灰石和磷酸三钙等生物活性相,凹凸不平的表面出现网络交错的片状结构和微孔(孔径为0.5～2μm),有利于新骨沿着表面及内部连通微孔攀附生长.涂层与基体界面处存在涂层成分(Ca,P)与基体成分(Ti,Al,V)的互扩散,涂层与基体通过扩散反应形成牢固的冶金结合.残余应力在界面结合区域出现峰值,陶瓷层和过渡层界面附近为221 MPa,涂层与基体界面附近为108 MPa,从涂层到基体残余应力逐渐减小.     

温度对激光熔覆生物陶瓷涂层物相的影响

温度是影响激光熔覆原位合成生物陶瓷涂层成分的一个重要因素.在不同温度下,相同的原料成分将得到不同的物相,相应地会影响涂层生物相容性和生物活性.为了讨论不同温度,特别是高温对激光熔覆涂层物相的影响,用烧结的方法,在温度为900～1400℃范围内,采用XRD手段比较性地研究了相同的陶瓷原料获得的不同成分.结果发现,各种温度下都能获得生物陶瓷物相,当温度在1292℃附近时,获得的生物陶瓷成分物相最多.由于动力学和热力学条件具备,激光熔覆生物陶瓷涂层在不同的温度段能够获得成分各异的钙磷物相.     

稀土对激光熔覆生物陶瓷涂层纵截面组织形貌的影响

在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理,所得的生物陶瓷涂层的质量,受到涂层组织结构的重要影响,稀土则是影响涂层组织形貌的重要物质.采用激光熔覆处理单纯钛合金、钛合金和涂层原料及预熔钛为过渡层的生物陶瓷涂层,对比研究了稀土对其纵截面的组织形貌的影响.结果显示:稀土对涂层具有降低开裂倾向的作用.因此,在涂层原料中寻找适当比例的稀土可以有效降低涂层的裂纹敏感性.     

激光熔覆工艺参数对生物陶瓷涂层组织性能的影响

采用激光熔覆技术,在Ti-6Al-4V合金表面制备了生物陶瓷复合涂层,并对激光熔覆工艺参数与涂层组织及性能的关系进行了对比分析.结果表明,激光熔覆生物陶瓷复合涂层的优化工艺参数为:输出功率2.5kW,扫描速度140mm/min,光斑尺寸15mm×1mm.在优化工艺参数下获得了表观质量完好且与基体形成冶金结合的生物陶瓷复合涂层,涂层中最高显微硬度值达到1474HV0.3,物相组成主要为CaTiO3、 HA(Ca10(PO4)6(OH)2)、α-TCP(α-Ca3(PO4)2)、β-TCP(β-Ca3(PO4)2)等.     

激光熔覆耐磨涂层的研究进展

介绍了以镍基、钴基合金为主的激光熔覆耐磨涂层的研究进展，分析了熔覆层开裂等问题。目前激光熔覆工艺研究较为活跃，而对其加热、凝固过程的相变动力学、热力学、扩散过程和界面行为以及熔覆层显微组织、相结构的研究相对较弱；对熔覆层开裂问题的研究多集中在工艺参数和凝固组织特征上，要彻底解决熔覆层开裂问题，应从微观角度入手，分析熔覆层显微组织结构和相组成对熔覆层裂纹的影响。     

激光熔覆陶瓷涂层的研究现状

激光熔覆技术是近几十年来迅速发展起来的一种高新表面改性技术,为工程材料制备耐磨、耐蚀及耐热的表面涂层开辟了广阔的应用前景.系统地介绍了激光表面熔覆纯陶瓷涂层、金属基陶瓷复合涂层、生物陶瓷涂层及自生陶瓷涂层的研究现状和发展前景;并根据熔覆材料与基材的匹配要求及激光熔覆陶瓷涂层过程中产生的相关问题设计了陶瓷涂层的选择原则,为陶瓷材料的选择提供了参考.     

钛合金表面激光熔覆涂层的研究进展

激光熔覆是钛合金表面改性的重要技术手段之一,已成为当前研究热点。综述了国内外关于钛合金表面激光熔覆抗高温耐氧化、耐腐蚀、耐磨损和生物陶瓷等涂层的熔覆材料、熔覆层相组成和强化机理等的研究现状。其中,抗高温耐氧化涂层主要由于TiO_2、Al_2O_3等相的隔氧作用,提高了钛合金在高温下的抗氧化性;耐腐蚀涂层主要由于Ti N和Ti2Ni等相的固溶强化及细小针状马氏体α’等的细晶强化,提高了其耐腐蚀性;耐磨损涂层主要由于Ti C、Ti B、Ti B2等相的弥散强化作用,提高了涂层的耐磨性;生物陶瓷涂层由于HA、Ca O等相的存在,增强了钛合金的生物相容性。其次,阐述了由于熔覆材料与基材的热物性差异、试样预处理不当和工艺调控不当等因素引起的未熔颗粒、球化效应、裂纹、气孔和夹杂等主要缺陷,以及调控激光功率、扫描速度等工艺参数,预热基体材料,通入保护气体和加入适当成分添加剂等控制和改善相关缺陷的措施。最后,展望了钛合金表面激光熔覆涂层和技术的发展方向。     

Y2O3对激光涂覆生物陶瓷涂层的影响

在钛合金表面除预置ＣａＨＰＯ４．２Ｈ２Ｏ,ＣａＣＯ３粉末外,还加入稀土氧化物Ｙ２Ｏ３,经激光处理后,实现了合成与涂覆同步制备含ＨＡ活性生物陶瓷涂层的复合材料。试验结果表明,Ｙ２Ｏ３的加入对ＨＡ的合成及其结构稳定性,生物陶瓷涂层组织细化以及力学性能均有促进和改善。     

激光熔覆SiO2/La2O3梯度生物陶瓷涂层生物活性研究

目的研究SiO_2含量对钛合金表面激光熔覆梯度生物陶瓷涂层生物活性的影响。方法利用激光熔覆技术,采用梯度成分设计思想,固定涂层中稀土氧化物La_2O_3的添加量,在钛合金TC4表面制备了掺杂不同含量SiO_2的梯度生物陶瓷涂层。采用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、噻唑蓝(MTT)及荧光素双醋酸酯(FDA)染色等测试手段,研究了SiO_2含量对激光熔覆制备梯度涂层的组织结构和生物活性的影响。结果 SiO_2在激光熔覆过程中可以降低梯度生物陶瓷涂层的开裂敏感性,并起到细化晶粒的作用。当SiO_2掺杂量为2.5%时,激光熔覆过程中诱导合成的HA+CaTiO_3数量最大;当SiO_2掺杂量为7.5%时,模拟体液(SBF)实验表明,涂层的矿化沉积能力最强。MTT测试表明,SiO_2掺杂量为7.5%的涂层细胞增殖数量的OD值最大,细胞能够紧贴涂层表面生长。FDA染色分析表明,SiO_2掺杂量为7.5%的涂层上细胞数量最多,且分布均匀。结论 SiO_2掺杂量深刻影响着生物活性陶瓷相HA和Ca_2SiO_4数量,进而影响生物陶瓷涂层的生物活性。SiO_2掺杂量为7.5%的涂层具有最佳的生物相容性及生物活性。     

Y2O3-CeO2稀土氧化物对激光熔覆生物陶瓷涂层中HA的影响

为降低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,选用宽带激光熔覆方法,在TC4合金表面制备一层含HA和β-TCP的梯度活性生物陶瓷涂层。通过金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对在体外模拟体液中浸泡14d后的涂层进行形貌和相组成的研究。结果表明:当Y2O3质量分数为0.6%,CeO2质量分数分别为0%,0.2%,0.4%和0.6%时,生物陶瓷涂层在SBF中浸泡14d后,基材与涂层之间呈良好的冶金结合;涂层表面都有白色球状颗粒生成;且涂层当中HA的生成量各不相同。当CeO2质量分数为0%时几乎不生成HA,为0.2%时HA的生成量最大,而后随着CeO2的含量增加HA生成量减少。说明当Y2O3质量分数为0.6%,CeO2的含量为0.2%时,生物陶瓷涂层具有较好的生物活性。     

不同wCa/wP对宽带激光熔覆生物陶瓷涂层性能的影响

目的 对不同wCa/wP的宽带激光熔覆生物陶瓷涂层性能进行研究,探究wCa/wP对涂层硬度、生物相容性及生物活性的影响规律,寻求最优试验参数,为以后制备性能优良的涂层提供参考。方法 运用梯度设计思想,采用宽带激光熔覆技术,在钛合金表面分别制备wCa/wP为1.35、1.40、1.45的梯度生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜、显微硬度仪、模拟体液浸泡试验、体外细胞试验,研究不同wCa/wP对生物陶瓷涂层组织结构、生物相容性以及生物活性的影响。结果 XRD结果表明,涂层主要由CaTiO3、HA、Ca2SiO4、CaO、TCP等相组成。硬度测试表明,wCa/wP=1.45的涂层平均显微硬度最高,而wCa/wP=1.35的涂层平均硬度最低。体外细胞试验表明,所有涂层上的MG63分布均匀,细胞形态良好,wCa/wP=1.40的涂层上的OD值增长较快,共同培养至第5天时,测得的OD值远高于其他涂层,相较于第1天的OD值增加最多。SBF浸泡试验表明,3种wCa/wP的陶瓷涂层都在表面覆盖了类骨磷灰石,wCa/wP=1.40的涂层,经浸泡后表面覆盖了最多的类骨磷灰石。观察细胞生长形态,细胞的许多丝状伪足紧贴在涂层上,使得细胞可以粘附在涂层上并生长,呈现出正常的梭形形态,具备较完整的细胞膜,wCa/wP=1.40的涂层上粘附的细胞数量更多、分布更为均匀。结论 当wCa/wP=1.40时,Ca-P生物陶瓷涂层不仅拥有良好的生物矿化能力,能够形成更多类骨磷灰石,而且涂层上增殖吸附的细胞数量最多,涂层表现出良好的生物相容性和生物活性。     

激光熔覆法制备复合纳米氧化锆涂层

以自制的氧化锆溶胶和氧化锆纳米粉为原料,采用激光熔覆法,通过控制激光能量,在不锈钢表面形成复合纳米氧化锆涂层.结果表明:粉体与溶胶的结合减少了粉体的扩散和体积收缩,得到与不锈钢结合良好且无开裂的涂层.