选区激光熔化成形Ti6Al4V合金微弧氧化生物活性膜层的制备、结构及性能

目的提升选区激光熔化成形(SLM)Ti6Al4V合金的生物活性。方法研究了不同电压对微弧氧化技术(MAO)在SLMTi6Al4V表面制备含钙磷生物陶瓷涂层的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量分散X射线光谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析和研究了不同电压下微弧氧化涂层的显微结构、组织和成分等性能,并通过接触角测量和模拟体液浸泡实验及后续的红外光谱分析(FT-IR)等检验涂层的生物活性。结果经过微弧氧化处理,SLM Ti6Al4V表面含一定比例的钙磷且与基体结合良好的涂层,涂层的主要物相为锐钛矿,涂层厚度、钙/磷含量以及锐钛矿组织含量均随电压的升高而增加。300 V电压制备的膜层,表面均匀,钙、磷的原子数分数分别为7.04%、9.65%。涂层截面质量均一,厚度适宜,为3.19μm,且随着涂层增厚,基体元素Ti含量下降,Ca、P和O元素的含量增加。300V电压制备的膜层润湿性相比SLM Ti6Al4V基体的更好,膜层在SBF溶液中浸泡35天后,钙、磷比由0.73增加到1.2,并有羟基磷灰石生成。结论 SLM Ti6Al4V通过微弧氧化技术制备生物活性膜层的最优电压为300 V,经过微弧氧化后的钛合金表面生物活性得到提升。     

硅酸钠浓度对Ti3Al基合金微弧氧化层生长及其摩擦磨损性能的影响

目的 研究硅酸钠溶液浓度对Ti3Al基合金表面制备微弧氧化膜层结构的影响,以提高Ti3Al基合金微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。方法 采用恒流模式微弧氧化电源,分别在6、8、10 g/L的Na2SiO3电解液中,对Ti3Al基合金试样进行微弧氧化处理,用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、Image J软件、X射线衍射仪（XRD）及显微硬度仪,分析微弧氧化膜层的表面形貌和截面形貌、元素分布、厚度、相组成以及表面硬度。用CFT-I 型磨损试验机研究不同微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。结果 随着Na2SiO3浓度的增加,微弧氧化的工作电压与起弧电压均逐渐减小。微弧氧化层表面呈多孔状,存在熔融物堆积导致的环状凸起。随着Na2SiO3浓度的增加,氧化层表面微孔直径减小,膜层逐渐增厚。微弧氧化膜层主要Al2O3、SiO2、TiO2、Nb2O5以及Al2SiO5相组成,微弧氧化处理明显降低了Ti3Al基合金的摩擦系数和磨损率。电解液Na2SiO3质量浓度为10 g/L时,微弧氧化膜层的平均摩擦系数为0.49,磨损率仅为2.1×10-7 mm3/(N?mm),主要表现为微切削磨损与轻微的粘着磨损。结论 随着硅酸钠浓度的增加,有利于提高微弧氧化膜层的形成速率,缩短反应时间。微弧氧化处理能够显著改善Ti3Al基合金的耐磨性。     

316L表面激光熔覆复合微弧氧化制备陶瓷涂层

目的提高316L不锈钢表面的耐蚀性和生物活性。方法首先采用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备钛层,然后对钛层表面进行微弧氧化处理,从而在316L不锈钢表面制备出含有Ca、P元素的多孔状陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)、X射线衍射仪(X-Ray Diffraction,XRD)分析了钛层厚度对陶瓷涂层的表面显微形貌、元素含量及物相组成的影响。利用电化学实验、浸泡实验分别测试了涂层在1.5倍SBF溶液中的耐蚀性能和生物活性。结果通过激光熔覆复合微弧氧化能够在316L不锈钢表面制备出多孔状陶瓷涂层。随着钛层厚度的增加,微弧氧化原位生成的陶瓷涂层致密度、厚度也增加。当钛层厚度达到0.4 mm时,微弧氧化后得到的陶瓷涂层完整致密,厚度达到20μm。涂层主要由锐钛矿相Ti O2、金红石相Ti O2组成。极化曲线分析可知,腐蚀电位Ecorr为-0.162 V,腐蚀电流密度降至5.11×10-7 A/cm2。陶瓷涂层在1.5倍SBF中浸泡3天后表面即有羟基磷灰石沉积。结论通过激光熔覆复合微弧氧化在316L不锈钢表面制备的陶瓷涂层在模拟体液环境下具有较好的耐蚀性能,同时也具备良好的生物活性。     

多孔Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金表面活性次级微孔涂层的制备及其成骨性能

为提高多孔医用钛合金的生物活性,以实现快速骨整合,首先利用微弧氧化法在多孔Ti3Zr2Sn3Mo25Nb(TLM)合金表面制备出含Ca、P的次级微孔涂层,并通过水热处理在此涂层表面生成羟基磷灰石.通过XRD、SEM和EDS分析了活性次级微孔涂层的相组成、微观形貌和元素特征,通过接触角测试试验对比研究了TLM合金表面改性前后的亲水性变化,并进一步通过动物试验检测了表面活性次级微孔涂层改性后多孔TLM合金的成骨性能.结果表明,微弧氧化处理可在多孔TLM表面形成规整的含Ca、P相的次级微孔层,水热处理后次级微孔层的亲水性增强,且具有良好的成骨诱导性能.     

水热反应液浓度对TC4钛合金微弧氧化涂层硬度和摩擦性能的影响

针对TC4钛合金耐腐蚀性偏低的问题,本文利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备陶瓷涂层,探究电解液中水热合成液浓度对TC4钛合金微弧氧化(MAO)涂层硬度和摩擦行为的影响。利用XRD、SEM、摩擦试验机等设备对水热处理的TC4钛合金微弧氧化进行表征。研究结果表明:随着水热反应液浓度增加,TC4钛合金微弧氧化涂层中金红石相Ti O2衍射峰逐渐加强,锐钛矿相Ti O2减弱。在水热处理24 h后,在水热反应试验条件下能实现羟基磷灰石颗粒的合成,并且反应液浓度越高,获得的羟基磷灰石越多。水热合成浓度增加,有助于TC4钛合金涂层表面平整度增加。水热处理后的TC4钛合金MAO涂层的显微硬度呈现出先增加后降低的趋势。水热处理TC4钛合金MAO涂层的摩擦因数在0. 95～1. 1之间,水热合成液的浓度对摩擦因数影响不明显。     

氧化时间对Ti6Al4V合金微弧氧化膜结构及耐腐蚀性能的影响

在磷酸盐体系中采用恒压微弧氧化工艺对Ti6Al4V(TC4)合金进行微弧氧化,研究了不同氧化时间对微弧氧化膜层的表面形貌、硬度、粗糙度以及物相生成的影响,并对不同氧化时间的膜层耐腐蚀性能进行了测试。结果表明,随着微弧氧化时间的延长,氧化膜表面微孔径增大,膜层厚度与表面硬度值先增加后又降低,膜层由金红石、锐钛矿及钙磷化合物组成,且主晶相为钙磷化合物,金红石及钙磷化合物含量均随微弧氧化时间的延长而增加;微弧氧化膜层表面Ca/P摩尔比值为1.56,接近人体羟基磷灰石比值,O/Ti原子比值为2.0,膜层表面主要组成为Ti O2;微弧氧化膜层腐蚀电位逐渐减小,腐蚀电流逐渐增大。     

ZL108铝合金微弧氧化膜的Na_2MoO_4改性机理

为了研究ZL108铝合金微弧氧化膜的Na2Mo O4改性机理,在添加5种不同浓度的Na2MoO4溶液中对其进行微弧氧化处理。利用扫描电镜(SEM)观察微弧氧化膜表面形貌,用能谱仪(EDS)分析截面Mo、O元素含量,用XPS测定Mo、O元素的价态,用X射线衍射仪(XRD)分析相组成,采用极化曲线评定耐蚀性。结果表明,微弧氧化电压随着Na2MoO4浓度的增加而下降。微弧放电区温度高于1823.84 K时,Mo O2-4开始转变形成MoO2,抑制了微弧氧化膜表面多孔层的形成,提高了膜层的致密性、厚度和耐蚀性。浓度的改变对相组成影响较小。     

微弧氧化改善钛金属表面生物活性研究

为改善钛金属的生物相容性,采用微弧氧化技术在钛表面注入钙、磷等离子进行表面改性,采用XRD检测四种生物涂层的物相组成,用SEM观察涂层表面形貌,然后对其进行模拟体液培养,分析其生物活性。结果表明:二次微弧氧化涂层主要物相为Ti、TiO2、HA,钙磷盐+自然铜电解液微弧氧化制备的涂层主要物相为Ti、TiO2、HA、Fe3O4;经二次微弧氧化制备的生物涂层比其他涂层的表面多孔结构更均匀,且孔隙率较大,生物活性较优异;钙磷盐+自然铜涂层表面也存在多孔结构,由于其存在人体所需的微量元素,因此其生物活性较优异。     

纯镁超声微弧氧化-HF-Na2SiO3复合处理对生物涂层的影响

为调控纯镁微弧氧化生物涂层的降解速度和生物活性,分别对纯镁超声微弧氧化涂层进行Na2SiO3和HF-Na2SiO3处理,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、涂层附着力自动划痕仪、销盘式摩擦磨损试验机及电化学腐蚀工作站等对涂层进行检测分析,研究两种处理对微弧氧化膜组织结构和性能的影响。结果表明:经不同处理后涂层表面孔隙减少,生成新相SiO2,并使生物相容性好的MgSiO3相得到提高;此外,HF-Na2SiO3处理还生成了生物相容性好的新相MgF2。HF-Na2SiO3处理制得的涂层比Na2SiO3处理制得的涂层更加均匀致密,孔隙填充更好。两种处理制得的涂层均与基体结合良好,耐蚀性能均得到提高。     

稀土铈对2A12铝合金微弧氧化膜性能的影响

以Na2SiO3和NaOH组成的电解液为基础电解液体系,研究了氧化铈溶胶浓度对微弧氧化涂层试件表面形貌、表面元素含量及相组成的影响。通过对表观硬度的测量及试件在3.5%NaCl溶液中Tafel极化曲线的测量,研究了氧化铈溶胶浓度对涂层表观硬度及耐腐蚀性能的影响。研究结果表明:氧化铈溶胶浓度的增加能够促进Al2O3晶体的形成;添加氧化铈溶胶能够提高微弧氧化涂层的表观硬度,提高其耐蚀性能。     

氧化时间对Ti6Al4V微弧氧化膜结构及耐腐蚀性能的影响

在磷酸盐体系中采用恒压微弧氧化工艺对Ti6Al4V(TC4)合金进行微弧氧化,研究了不同氧化时间对微弧氧化膜层的表面形貌、硬度、粗糙度以及物相生成的影响,并对不同氧化时间的膜层耐腐蚀性能进行了测试。结果表明：随着微弧氧化时间的延长,氧化膜表面微孔径增大,膜层厚度与表面硬度值先增加后又降低,膜层由金红石、锐钛矿及钙磷化合物组成,且主晶相为钙磷化合物,金红石及钙磷化合物含量均随微弧氧化时间的延长而增加;微弧氧化膜层表面Ca/P摩尔比值为1.56,接近人体羟基磷灰石比值,O/Ti原子比值为2.0,膜层表面主要组成为TiO₂;微弧氧化膜层腐蚀电位逐渐减小,腐蚀电流逐渐增大。     

6063铝合金表面微弧氧化陶瓷层制备和性能试验研究

以6063铝合金为基体,硅酸盐体系Na2Si O3和KOH为电解液,纳米Ti O2为添加剂,制备表面微弧氧化陶瓷层。采用扫描电镜、X射线衍射仪等手段系统分析了陶瓷层的性能。结果表明:在铝合金表面微弧氧化基本工艺参数、电解液和处理时间不变的情况下,纳米Ti O2添加剂对膜层的性能有着较大的影响。随着Ti O2纳米添加浓度增大,氧化成膜速率有所提高,陶瓷层中第二相α-Al2O3、γ-Al2O3的衍射峰明显增强,并且有少量Ti O2、Al Ti和Ti3O5新相,陶瓷层的结合力增加。     

微弧氧化和碱处理对钛的细胞黏附和骨植入行为的影响研究

海南大学与南京理工大学的科研工作者联合考察了微弧氧化处理和碱处理对钛表面形貌、涂层成分、羟基磷灰石沉积能力、细胞黏附性、骨内植入效果的影响。结果表明,经微弧氧化和碱复合处理后,钛表面TiO2薄膜呈现大量裂缝,表现出表面含大量OH-极性基团的纳米多孔网状结构,此微观结构和组成使材料诱导羟基磷灰石生成能力显著,利     

甘油磷酸钙浓度对钛合金MAO涂层性能的影响

目的 提高医用钛合金的生物活性。方法 在含葡萄糖酸钙(Ca Glu₂)、葡萄糖酸镁(MgGlu₂)、植酸钠(Na₁₂Phy)和磷酸(H₃PO₄)的基本溶液中,分别添加8、10、12 g/L甘油磷酸钙(Ca-GP),采用MAO方法在Ti-6Al-4V表面制备3种涂层。使用SEM、EDS、XRD、XPS和AFM检测涂层表面形貌、化学成分、物相结构、元素存在状态和表面粗糙度,并测试涂层的接触角、结合强度以及体外生物活性。结果 经过MAO处理后,钛合金表面可成功生长出多孔陶瓷涂层,Ca-GP参与了MAO涂层形成。当Ca-GP的质量浓度为8 g/L时,涂层非常粗糙,Ca和Mg的原子数分数分别为7.56%和1.74%。随着Ca-GP浓度的增加,微孔均匀性变好,表面微裂纹减少,且钙磷原子比(Ca/P)显著提高。在含8、10 g/L的Ca-GP溶液中,制备的涂层以Ti、锐钛矿和金红石型Ti O2组成为主;在12g/L的Ca-GP溶液中生成的涂层,Ca/P原子比可达1.77,含有Ti P     

纯钛表面载骨碎补提取物涂层的制备与性能

为了提高纯Ti的生物活性和抗感染性,采用微弧氧化(UMAO)制备多孔涂层,并以植酸(PA)偶联骨碎补提取物(ERD),并分析涂层结构、形貌及性能。结果表明,随着ERD浓度的提高,纳米颗粒增多,有PO43-,P2O74-和O=P-O-生成;载药12.5g/L的膜层摩擦磨损系数低,膜层结合力较高,为亲水涂层,膜层的电位提高了0.32V,自腐蚀电流降低一个数量级,模拟体液浸泡有羟基磷灰石(HA)生成。纯钛表面通过超声微弧氧化,植酸偶联载药的耐蚀性,结合力,生物活性均有提高。     

纯Ti表面微弧氧化-碱热处理仿生陶瓷膜的制备及耐蚀性

采用微弧氧化-碱热处理在纯Ti表面制备了含有羟基磷灰石(HA)的仿生陶瓷膜。利用SEM,XRD和电化学工作站等手段研究了膜层的形貌、物相及其耐蚀性。结果表明:在乙酸钙-磷酸二氢钙电解液体系中微弧氧化(MAO),纯Ti表面形成一层含Ca和P的TiO2多孔陶瓷膜。经水热处理后,膜层表面的孔洞变小、致密性增加,膜层中还出现了鳞状、层片状以及针棒状的HA。在Hank's模拟体液中,MAO膜和微弧氧化-碱热处理(MAOAH)膜均表现出较好的耐蚀性。MAO膜经模拟体液腐蚀后,形成了缺钙型HA(Ca8.86(PO4)6(H2O2)2)和CaTiO3;而模拟体液中的阴离子与MAOAH膜层的氧化物作用使膜层孔洞直径和深度增加。     

超声处理对Ti6Al4V合金微弧氧化涂层结构和性能的影响

目的提高钛合金植入体的生物活性。方法采用Ti6Al4V合金在0.18 mol/L的Ca(CH_3COO)_2·H_2ONH_4H_2PO_4电解液体系中进行微弧氧化处理,并同时采用40 kHz和70 kHz的超声波分别对电解液进行超声振动处理。采用SEM、EDS、XRD技术分析超声辅助微弧氧化涂层的Ca/P比、相组成、表面形态和抗腐蚀性能。结果超声处理可降低微弧氧化起弧电压,处理时间5 min时降低了涂层的生长速度,而处理时间5 min时促进了涂层的生长。超声处理促进了阳极氧化速度,增加了等离子放电通道,降低了放电微孔直径,从而提高了疏松层的密度,促使疏松层和致密层界面处产生大量孔穴,涂层发生震碎和裂纹,并且增加了微弧氧化涂层的Ca/P比,促进了金红石相的生成,但对提高涂层耐蚀性效果不明显。结论超声处理改变了涂层成分、相含量及表面结构,且保持了涂层较好的耐蚀性,有利于提高涂层的生物活性。     

医用Ti-6Al-4V合金表面超疏水涂层的制备及生物学性能

采用微弧氧化技术和氟硅烷修饰在医用Ti-6Al-4V合金表面构建超疏水涂层。考察微弧氧化电压对涂层表面形貌及粗糙度的影响,分析微弧氧化和超疏水涂层的相组成及元素化学状态以探讨超疏水表面的形成机制。初步研究超疏水试样的细胞毒性和抗菌性能。结果表明,随着微弧氧化电压的增加,涂层的表面粗糙度增大,而显微结构均匀性在440V最佳。经疏水处理后,试样的表面粗糙度较微弧氧化试样有所下降,而接触角随着电压的增加而先增大后减小,在440 V时获得最大值154.9°。微弧氧化涂层主要由锐钛矿及少量金红石TiO2相组成,并含有大量的–OH和一些磷的化合物,而超疏水试样表面存在大量的CF3、CF2和Si-O基团。全氟辛基三氯硅烷通过水解和脱水反应将氟硅烷嫁接于微弧氧化涂层上而形成超疏水表面。超疏水试样属于1级无毒材料,其细胞增殖率与Ti-6Al-4V合金无显著差异。此外,超疏水试样还具有一定的抗菌性,相对微弧氧化试样,其抗菌率可达93.03%。     

水热处理后TC4钛合金微弧氧化涂层的润湿性和电化学性能分析

针对TC4钛合金耐腐蚀性偏低、生物相容性差等问题,本试验利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面制备陶瓷涂层,结合水热合成技术在TC4钛合金涂层中引入具有生物活性的羟基磷灰石层,探究水热合成液浓度变化对TC4钛合金涂层的润湿性能和电化学行为的影响。利用XRD、SEM、润湿角测量仪、激光共聚焦显微镜以及电化学工作站等对TC4钛合金MAO涂层的相组成、表面形貌、润湿角、表面粗糙度、电化学性能等进行表征。研究结果表明:随着水热合成液浓度增加,TC4钛合金MAO涂层中金红石相TiO_2含量有所提高,羟基磷灰石(HA)相含量逐渐增加。水热合成液浓度的变化对TC4钛合金MAO涂层表面粗糙度的影响不大,粗糙度在1～2μm范围内。在水热合成处理后,TC4钛合金涂层的极化曲线会向正电位方向移动,腐蚀电位增加,腐蚀电流密度降低,降低幅度约为一个数量级。     

电解液成分对纯钛表面微弧氧化膜结构与生物活性的影响

采用微弧氧化处理技术,在纯钛TA2表面制备了含钙磷的多孔复合氧化膜,用SEM、XRD、EPMA等分析了电解液成分对氧化膜形貌、成分、相构成及生物活性的影响。结果表明:纯钛表面微弧氧化后原位生成的含钙磷多孔性复合氧化膜由锐钛矿相TiO2,金红石相TiO2和基体Ti组成;随电解液中钙磷摩尔比(Ca/P)值的增大,表面孔洞数量增多、直径变小,膜中Ca/P值增大,锐钛矿相TiO2减少、金红石相TiO2增多;当电解液中Ca/P=5时得到的氧化膜的Ca/P值为1.528,将该样品经碱液处理后再在快速钙化溶液(FCS)中浸泡2 d后即有羟基磷灰石HA形成,表明其具有良好的生物活性。