羟基磷灰石生物活性梯度涂层材料的界面特点

用透射电子显微镜对钛合金基体等离子喷涂羟基磷灰石 (HA)生物活性梯度涂层的界面进行了观察与分析。结果表明 :经热处理后生物活性梯度涂层的结晶程度明显提高 ,涂层中存在HA晶体、β Ca3(PO4 ) 2 晶体以及中间相CaTiO3 晶体。涂层和基体的界面结合为冶金化学结合 ,HA涂层和基体Ti间存在过渡相ZrO2 ,过渡相ZrO2 的存在有利于提高涂层和基体之间的界面结合力。     

钛基羟基磷灰石涂层表面裂纹的研究

通过对仿生法制备的钛基羟基磷灰石(HA)涂层表面裂纹建立简化数学模型,得出线膨胀系数之差与温度变化量是影响裂纹产生的主要原因。通过等时间不同温度梯度干燥的试验,借助SEM扫描电镜分析,结果证明:增加温度梯度的干燥方案会使裂纹数目增加,但可以控制裂纹的尺寸,从而在一定程度上提高HA钙磷涂层与基体的结合强度,同时以37℃作为干燥的最终温度也可以减少干燥后裂纹的产生。     

羟基磷灰石生物涂层材料界面的电镜观察与分析

用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对未经热处理的钛合金基体等离子喷涂羟基磷灰石生物材料的显微结构、相组成和界面结合进行了观察与分析. 结果表明 HA涂层的显微结构疏松, 内部有裂纹和孔洞; 涂层的相结构中, HA以结晶态和非晶态两种形态存在; HA和基体的界面结合是以物理结合为主, 界面明显, 没有过渡相, 说明基体和涂层之间化学反应不明显.     

低温燃烧法制备多孔钛基羟基磷灰石涂层

以Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4为主要原料,采用低温燃烧法在多孔钛表面及孔壁制备羟基磷灰石涂层,利用XRD、SEM等对涂层的形成机理、相组成和显微结构进行分析和表征.结果表明采用合理的工艺制度,能够在基体表面制备厚度50μm～70μm,最大孔径150μm左右的涂层,以提高种植体的生物活性和骨结合强度.     

多孔钛表面梯度磷灰石涂层的简单化学法制备

通过碱液处理或碱热处理并在模拟体液(SBF)中浸泡，在多孔钛表面制备了具有梯度结构的类骨磷灰石层。结果表明，碱液处理使多孔钛表面形成了网状多孔结构，组成为钛酸钠、金红石等。热处理后磷灰石在多孔钛表面的初期沉积更均匀。涂层中钙，磷、氧以及钛元素的含量随深度而变化，形成了梯度结构。具有表面梯度磷灰石涂层的多孔钛有望用于临床矫形，以提高种植体的生物活性和骨结合强度。     

电结晶羟基磷灰石涂层结构的研究

采用电沉积技术,在钛合金表面形成生物涂层。试验结果表明:电流密度由小到大变化时,涂层表面形貌按针状→细晶针状→棒块状发生变化,涂层的孔洞也由小变大,由少变多;单一电流密度下,沉积后涂层的主相为无定形CaHPO4;电流密度交替变化时,形成了大量的三斜晶系CaPO3(OH)相和单斜晶系CaPO3(OH)·H2O,并有少量的HA相生成,经碱处理后,易于生成Ca5(PO4)3(OH)。电流密度交替变化,涂层孔隙结构呈梯度分布,底部组织致密,利于提高涂层与基体的结合强度,表面形成大量的孔洞,利于种植体的植入和HA的生成,促进骨结合。     

纳米缺钙羟基磷灰石生物陶瓷涂层中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℃,900℃焙烧后的相组成和显微组织结构;用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对涂层进行分析。结果表明:在电沉积液Ca/P比1.30,沉积液温度25℃,电压4V条件下,Ti基体表面沉积了片状和条状HAP和CaHPO4·2H2O混合相涂层;在pH值为12的碱液中,150℃和200℃水热合成4h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;700℃焙烧后,涂层仍由纯HAP组成,只是晶体因失水而发生团聚;800℃焙烧后,部分HAP发生分解,生成β-Ca3(PO4)2,且HAP与β-Ca3(PO4)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;900℃焙烧后,β-Ca3(PO4)2的含量增加,HAP与β-Ca3(PO4)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-Ca3(PO4)2双相涂层结构。     

含锶羟基磷灰石的湿法合成与结构稳定性

含锶羟基磷灰石的骨缺损修复效果优于羟基磷灰石。采用湿法合成含锶羟基磷灰石和羟基磷灰石，分别在300℃，600℃，900℃热处理。用Rigaku D／max-3C型X射线衍射仪(XRD)，PE1760．X傅氏红外光谱仪(IR）和X射线散射能谱(EDX)分析粉样和片样的成分，用S-2700扫描电镜(SEM)观察形貌。结果表明：锶使羟基磷灰石的晶面间距变大，热稳定性变差，900℃热处理分解出β-Ca3(PO4)2和CaO2含锶羟基磷灰石的OH^-红外吸收峰弱于羟基磷灰石，但两者的Off和PO4^3-峰位置接近；含锶羟基磷灰石在模拟体液中的溶解．再结晶过程强于羟基磷灰石。     

生体用钛材/羟基磷灰石涂层接合面的研究

钛材与其他金属系生体材料相比 ,钛材与生体骨骼的力学相容性显著较好 ,但因其表面无新生骨生成以致与原有生体骨的接合强度并不理想。因此 ,为了能在钛材上产生新生骨可对其表面采取近生体成分的涂层处理 ,这种涂层要求具有接近于骨质的成分 ,最典型的便是羟基磷灰石 (Ｃａ10 (ＰＯ4 ) 6 (ＯＨ) 2 ,缩写为ＨＡｐ)。为此 ,研究了ＨＡｐ涂层与钛材基体的接合性能及其结晶学关系。实验研究时采用了等离子喷涂技术 ,在钛材人造牙根 (15ｍｍ× 5ｍｍ)表面喷涂ＨＡｐ涂层后 ,采用Ｘ射线衍射、透射电镜、扫描电镜、光学显微镜等研究手段 ,对ＨＡ…     

干燥和沉积工艺对钛基羟基磷灰石涂层性能的影响

为了制备生物活性与表面质量良好HA/TC4钙磷复合涂层,对仿生矿化法制备钛基羟基磷灰石过程中,干燥和沉积次数对涂层表面的影响进行了研究。试验采用划分相同温度梯度的干燥方案,以24h为总沉积时间,划分2次、3次干燥和沉积,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对涂层形貌进行分析。结果表明:3次干燥和沉积后,HA钙磷涂层表面裂纹尺寸控制在宽5~13μm、长71~269μm的范围内,同时涂层均匀性也得到改善;3次沉积后钙磷比为5.81,HA的结晶度得到提高。同时,利用薄膜测厚仪测得3次沉积后涂层的厚度从33μm依次增加至39μm,拉伸试验结果显示3次沉积后结合强度可以增加至12.41MPa。采用仿生法、选择3次干燥和沉积后得到的涂层在表面形貌、涂层厚度、生物活性以及表面结合强度等方面均有利于临床应用。     

用于金刚石涂层的梯度硬质合金的结构与性能

阐述了金刚石涂层及梯度硬质合金的发展概况,论述了金刚石涂层采用表层贫钴的梯度硬质合金作基体的构思。初步研制出表层贫钴梯度硬质合金YG6T并在其样品上制出了附着好的金刚石涂层。YG6T的结构为表面贫钴层-中间富钴层-芯部刚性层,表面层钴含量为3wt%左右,比内部低一倍以上,梯度硬质合金性能指标达到甚至超过常规硬质合金的要求。该材料的应用前景广阔,值得进一步试验推广。     

多层梯度结构对TiAlSiN涂层摩擦磨损性能的影响

为提高304不锈钢耐磨损性能,采用磁过滤阴极弧等离子体沉积的方法制备TiAlSiN多层梯度涂层,研究多层梯度结构对涂层摩擦磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的表面形貌、物相结构以及力学性能进行表征,并通过MST-3001摩擦磨损试验仪测试不同结构涂层的摩擦磨损性能。结果表明:与TiAlSiN单层涂层相比,TiAlSiN多层梯度涂层具有更高的结合力和韧性;两种涂层的摩擦因数和磨损率都远小于304不锈钢,其中TiAlSiN多层梯度涂层具有比单层涂层更低的磨损率,磨损率由2.6×104μm3/(N·m)降至8.5×103μm3/(N·m),降低了67.8%,TiAlSiN多层梯度涂层磨痕表面光滑致密,主要磨损机制为轻微粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损的协同作用。     

Characterization and Corrosion Behavior of Functional Gradient Hydroxyapatite Coating

The aim of the present work is to examine the characterization and corrosion behavior of functional gradient hydroxyapatite coating deposited on titanium-based alloy by plasma spray coating process. The functionally graded coating is designed to provide the crystalline hydroxyapatite at the interface with metallic substrate and the amorphous hydroxyapatite at the outer surface. It is considered that the top amorphous layer of hydroxyapatite has higher bioactivity, and its initial dissolution will lead to bone tissue growth enhancement and bonding, whereas the underneath crystalline hydroxyapatite coating after heat treatment is expected to enhance the long-term stability of coating at the interface with metal. The heat treatment of the underneath as-sprayed coating for crystallization was performed at 700 °C for 1 h. The characterization of the coatings was performed by various techniques such as scanning electron microscopy, energy-dispersive x-ray spectroscopy, x-ray diffraction analysis, surface roughness, and microhardness. It was observed from potentiodynamic scan that heat-treated coating exhibited better dissolution resistance as compared to the as-sprayed coating. Heat treatment of the hydroxyapatite coating resulted in improved crystallinity of the coating which may provide long-term stability to the coating.     

钛白粉包膜过程中打浆分散剂选择的实验研究

针对钛白粉包膜过程中适宜的料浆分散剂进行了选择实验研究,实验中发现pH值对各种分散剂的分散性能有较大的影响,指出为节约生产成本,应加强在生产过程中对分散剂的加入量梯度研究。     

ZTA15大型钛合金熔模精密铸件界面反应研究

钛合金作为易氧化金属在熔融状态下非常活泼,大尺寸钛铸件在铸造过程中更容易和铸型材料发生界面反应,并对铸件表面质量产生影响。本研究采用氧化钇铸型在真空自耗凝壳炉中浇铸了大尺寸钛合金铸件,并采用SEM、XRD、EDS等方法对不同厚度试样的表层进行了检测和分析。结果发现,试样表层均存在一定厚度的氧元素扩散层,同时,还发现表层存在一定厚度的组织过渡区,最后,通过酸洗方法对试样表面反应层和组织过渡区进行了有效去除,有效提高了铸件的表面质量。     

温度梯度热循环下纳米7YSZ陶瓷层结构演变

目的采用低温超音速等离子喷涂(LT-HVOF)在镍基高温合金基体(K417)上制备了NiCoCrAlYTa粘结层,使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了纳米7%Y_2O_3-ZrO_2(7YSZ)陶瓷涂层,以获得温度梯度热循环下纳米陶瓷层的结构演变机制。方法通过燃气热冲击实验仪对热障涂层模拟真实服役条件下温度梯度热循环的工作环境,采用一维稳态热传导模型计算了热障涂层中各涂层界面的温度,探讨了在热驱动作用下等径晶粒和非等径晶粒的扩散长大机制。结果热循环次数为40次时,涂层近表面出现了烧结致密化现象,而陶瓷层底部涂层保持原来的结构。热循环次数增加到460次时,整个陶瓷层断面都发生了烧结致密化现象。结论温度是涂层烧结致密化的主导因素。涂层中当等大晶粒接触形成弯曲颈时,由于弯曲颈只受水平方向静压力作用,晶粒中原子扩散速率慢,导致晶粒长大速率较慢;而当非等大晶粒接触形成弯曲颈时,在晶粒接触弯曲颈处存在一偏大晶粒方向的剪切力,其导致晶粒向弯曲颈扩散速率增加,晶粒长大速率较快。     

微弧氧化法制备钛基HA/CS涂层及其生物学特性

采用微弧氧化法在医用钛表面制备羟基磷灰石（HA）/壳聚糖（CS）涂层。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）仪、红外光谱（FTIR）仪分析涂层的形貌和物相,评价HA/CS涂层对成骨细胞的毒性及其在动物体内的生物活性,分析微弧氧化法制备钛基HA/CS涂层的特征及其在骨修复中应用的可能性。结果表明：微弧氧化法可在钛表面生成HA/CS涂层,厚度40±2 mm、粗糙度3.3±0.1 mm、孔隙率(30±2)%,孔隙近圆形、直径几微米到20 mm,结合强度20.5±1.1 MPa;涂层中HA与CS之间没有形成化学键,晶体HA占10%,平均粒径37 nm,非晶体HA占90%;钛基HA/CS涂层材料对成骨细胞增殖具有促进作用,无细胞毒性,在动物体内能够诱导骨小梁形成,具有高的生物活性。微弧氧化法制备的高生物活性钛基HA/CS涂层材料,在骨修复方面具有良好的应用前景     

涂层梯度液相烧结的原理和显微组织

讨论了均匀粉末压坯烧结时因热传而产生的温度分布存在的时间和空间上的异步现象,阐明了涂层烧结时梯度设计的必要性。分析了喷涂层梯度液相烧结的基本条件,并观察了其显微组织及其结合性能,结果表明,采用梯度设计可实现涂层稳定成形所需的液相烧结,避免了常规液相烧结时涂层的粘弹性流动。显微组织中氧化物有球化趋势,表导存在明显固-液相分界线,基材界面出现了冶金结合。