Ti6Al4V合金表面耐磨涂层的研究进展

评述了Ti6Al4V合金表面耐磨涂层的最新研究进展，特别对新的微弧氧化陶瓷涂层予以关注，并由此提出了深入研究的方向。     

Ti6Al4V钛合金表面Ta2O5/Ta2O5-Ti/Ti多涂层的制备与性能研究

采用磁控溅射技术在Ti6Al4V钛合金表面制备了Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪 (XPS),分析了涂层的微观结构、物性组成和化学价态;通过划痕仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站,检测了涂层的结合强度、力学性能、摩擦系数和耐腐蚀性。研究结果表明,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层表面由峰型颗粒组成,粒径大小均匀,涂层结构致密。与Ti6Al4V相比,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层试样具有较小的摩擦系数,较高的腐蚀电位和较小的腐蚀电流密度,表现出良好的耐磨和耐腐蚀性能,能对Ti6Al4V合金植入材料起到较好的保护作用。     

Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb对成骨细胞生物活性影响的研究

研究Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛金属表面经喷砂酸蚀处理后的表面形貌、亲水性及对成骨细胞生物活性的影响。在Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛金属表面进行Al2O3喷砂和盐酸、硫酸混合物酸蚀的表面改性处理(SLA),通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察样品的表面形貌,通过接触角测量仪在显微镜下测量接触角的大小;将SD大鼠成骨细胞以1×104cells/m L密度接种于Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面后通过MTT活性实验观察成骨细胞在样品表面的增殖,通过SEM观察细胞在样品表面生长的形态,通过碱性磷酸酶(AKP)活性实验,检测成骨细胞的分化能力。Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb在经过喷砂酸蚀处理后,表面均呈现出微米级多孔形貌,3种样品均为亲水性表面;细胞在SLA处理后的Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面增殖良好,细胞伸展显著;其中在Ti6Al7Nb表面细胞的增殖、黏附、分化能力最强。大颗粒喷砂酸蚀技术的表面处理方法能够促进Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb的生物活性;经SLA处理的Ti6Al7Nb比Ti和Ti6Al4V表现出更好的生物学活性,成骨细胞在其表面呈现出更好的增殖、黏附及分化能力。     

喷砂酸蚀处理促进Ti6Al7Nb表面钙磷沉积

研究了Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛基材料在喷砂酸蚀处理后成骨细胞在其表面生长的生物活性。通过Al2O3喷砂和盐酸、硫酸混合物酸蚀的表面改性方法,在Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb3种钛基材料表面进行喷砂酸蚀处理,通过SEM观察样品的表面形貌,样品的表面呈现出微米级多孔形貌;将样品浸入模拟体液(simulated body fluid,SBF)中浸泡7,14和21 d后通过SEM、X射线衍射仪(XRD)分析样品表面沉积物的形貌、物相,样品浸入SBF 14 d后,Ti6Al7Nb表面最先观察到表面覆盖的羟基磷灰石涂层;样品浸入SBF 21 d后,Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面都观察到羟基磷灰石涂层。羟基磷灰石涂层有利于促进钛基植入体与体内骨组织的骨结合,喷砂酸蚀处理的Ti6Al7Nb表现出良好的生物活性。     

Ti6Al4V合金表面等离子Ni-Ti共渗研究

选用等原子比Ni-Ti合金板作为源极,利用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金表面制备Ni-Ti共渗层.主要研究了温度、工作气压、源极电压、工件电压对渗层显微组织、成分的影响,得出合理的工艺参数.分析了渗层成分分布、组织形貌、相结构、硬度及摩擦学性能.结果表明,在温度为900℃、工作气压为35Pa时进行共渗,渗层组织均匀,白亮层厚度约18μm,成分基本成梯度分布.Ni-Ti合金层耐磨性与基材相比显著提高.     

Fe/Al2O3陶瓷梯度涂层的微观结构与性能

采用喷涂法和溶胶-凝胶法相结合的工艺,以FeAlNi混合粉体为过渡层材料在钢基体表面制备了Fe/Al2O3梯度涂层,并对其微观结构与性能进行分析.结果表明:当烧结温度为1220℃时,梯度涂层与钢基体的界面结合强度达到25.3MPa,涂层主要由α-Al2O3,AlFeO3和NiFe2O4等物相组成.Fe/Al2O3梯度涂层与钢基体的结合主要通过吸附与扩散化合两种方式共同起作用.涂层中没有明显的孔洞和平整的界面,且有树枝状组织生成,涂层与钢基体实现良好的结合,这表明涂层成分的梯度化设计能够有效地缓和界面处的应力集中,改善涂层与钢基体的界面结合状态,提高涂层材料的使用性能.     

Ti6Al4V粉末及其制品的研究进展

采用粉末冶金方法生产钛合金制品,材料的利用率几乎可达100%,而且产品性能好,是低成本制造高质量钛合金零部件的重要途径。综述了国内外Ti6Al4V粉末及其粉末冶金制品的制备技术及应用概况,指出低氧球形高质量粉末的制备是钛合金粉末的发展方向,气体雾化是制备优质钛合金粉末的主要工业化生产方法,介绍了传统的粉末冶金方法及近年来新开发的粉末冶金新技术的应用情况。制备工艺的改善,加上民用领域产品需求量的大幅度增加,势必极大程度地推动粉末冶金Ti6Al4V的研究与应用。     

Ti6Al4V高速干滑动摩擦磨损特性研究

对Ti6Al4V合金在高速干滑动摩擦条件下进行了系统的磨损性能测试,研究了载荷和速度对Ti6Al4V合金的摩擦磨损机制的影响,对Ti6Al4V合金的磨损表面、纵剖面进行了显微分析及X-衍射分析,实验结果表明,Ti6Al4V合金的磨损率和摩擦表面温度随着载荷和速度的升高而增加,摩擦表面的温度最高达到1044℃,磨损表面出现"蘑菇头"的磨损现象,表面出现裂纹及剥落坑,表层及次表层出现裂纹,组织变得粗大,磨损纵剖面析出Ti3O,Ti6O,VO0.53,VN等化合物.     

置氢Ti6Al4V合金的微观组织演变规律

为研究置氢Ti6Al4V合金的高温加工改性机理,从微观组织的角度对合金进行了对比分析.利用OM、SEM、XRD等研究了置氢对Ti6Al4V合金变形前后微观组织演变的影响.研究结果表明:氢的加入不仅使置氢Ti6Al4V合金中β相比例明显增大,而且改变了α相与β相之间的电势差,在氢含量为0.3%~0.5%两相颜色将发生互换,氢含量增加到0.50%以上时,合金中将出现面心立方结构的δ氢化物;随氢含量的增加,合金超塑拉伸变形后的组织由α+β两相等轴晶粒变为粗大的β晶粒,造成α与β界面的协调能力下降,并改变了合金的变形机制.     

凝胶注模成形Ti6Al4V钛合金的组织和性能研究

目的 为了实现低成本、低能耗、高效率制备大尺寸复杂形状钛合金的问题,以凝胶注模技术为成形手段,制备近净成形Ti6Al4V合金,并研究其组织及性能.方法 通过溶液包覆法,在Ti6Al4V钛合金球形粉末表面包覆石蜡(PW),分析有机包覆层在凝胶注模过程中的作用机制及流变行为的影响,测定包覆前后不同粉末进行凝胶注模烧结后的组...     

Comparative Evaluation on the In Vitro Biological Performance of Ti45Al8.5Nb Intermetallic with Ti6Al4V and Ti6Al7Nb Alloys

The corrosion resistance of Ti45Al8.5Nb intermetallic alloy in artificial saliva and its cytocompatibility was studied via electrochemical tests, scanning electron microscopy, ion release measurement, and MTT assay, with contemporary biomedical Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys as comparison. The results demonstrate that the corrosion potential (E_corr) and the corrosion current density (i_corr) of the three experimental alloy samples are similar and there is no statistically significant difference among them (p > 0.05). The Al³⁺ ion releasing concentration for Ti45Al8.5Nb intermetallic and Ti6Al7Nb alloy after anodic polarization are close. The relative cell proliferation rates of the three experimental alloy extract groups are all over 90% at various cultivation periods (1, 3, and 5 d), and there is no obvious difference for the MG63 cell morphologies comparing with that of the negative group, reaching confluence after 5 d culture and showing well stretched, which indicates that Ti45Al8.5Nb intermetallic alloy has a good cytocompatibility with the Grade 1 RGR value (no toxicity) according to ISO 10993‐5: 1999.     

电参数对Ti6Al4V合金微弧氧化陶瓷膜结构特性的影响

采用交流微弧氧化法于Na₂SiO₃-KOH-(NaPO₃)₆。溶液中在Ti6A14V表面形成了氧化物陶瓷膜.研究了微弧氧化电压与频率对陶瓷膜的生长速率、组织形貌和相组成的影响.结果表明:随电压的升高或频率的减小,膜层的生长速率增加,膜层的表面质量变得粗糙.相对致密均匀的膜层主要由TiO₂(锐钛矿相及金红石相)相组成,电压与频率电参数影响膜层的相组成,随电压的升高和频率的减小,膜层中锐钛矿相TiO₂的相对含量减小,金红石相TiO₂的相对含量增加,并成为主晶相.     

Thermal Treatment Optimization of Electrodeposited Hydroxyapatite Coatings on Ti6Al4V Substrate

Thermal behavior of electrodeposited hydroxyapatite (HAP) coating on a titanium alloy (Ti6Al4V) is investigated in order to optimize the heat treatment conditions for this prosthetic material. The synthesized coatings are annealed in air atmosphere at 400, 600, 800, and 1000 °C, and then characterized by X‐ray diffraction (XRD) and selected area electron diffraction (SAED) for structure and phases analysis. Scanning and transmission electron microscopy associated to energy dispersive X‐ray microanalysis (SEM‐EDXS and STEM) are used for morphology and composition analysis. The results show that when the electrodeposited coating is annealed at temperatures greater than 600 °C, a well‐crystallized HAP is obtained with a notable change of its morphology. However, at these temperatures the surface of Ti6Al4V alloy (uncoated zones of the implant) is deteriorated by the formation of a thick surface oxide layer. Therefore, we limit the heat treatment temperature for the electrodeposited coatings on a Ti6Al4V alloy at 550 °C. At this optimized temperature it is demonstrated that the link between the coating and the substrate is improved and the crystallinity of the coating is controlled which make it well bioactive.