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.     

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     

激光熔覆原位合成制备生物陶瓷涂层

激光熔覆直接处理CaHPO4·2H2O与CaCO3的复合粉末,制备出了羟基磷灰石(HAP)生物陶瓷涂层。结果表明,熔覆层组织为粒状的HAP分布于互相搭接的棒状β-Ca2P2O7之中,熔覆层主要物相为β-Ca2P2O7与Ca5(PO4)3(OH)。涂层与基体结合处为平界面外延生长的带状组织,熔覆层中部则为典型的胞状晶,熔覆层表面组织为粒状等轴晶,组织演化决定于激光熔覆时的温度梯度/凝固速度(G/R)的比值。     

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。     

钛合金表面激光熔覆制备低含硅量生物陶瓷涂层

采用5 kW横流CO2激光器对表面预涂覆HA和SiO2混合粉末的TC4钛合金激光熔覆获得低含硅量生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）分析熔覆层的显微组织与物相成分,通过模拟体液（SBF）浸泡实验初步探讨涂层的生物活性,并通过电化学腐蚀中的动电位扫描实验研究涂层在SBF中的腐蚀行为。实验结果表明,低含硅量生物陶瓷涂层与基体呈冶金结合,在SBF中熔覆层的腐蚀电位与基材相比提高了84.4 mV,腐蚀电流密度下降了约6倍,在SBF中浸泡7天后熔覆层表面沉积了大量的类骨磷灰石,熔覆层表现出良好的耐腐蚀性和生物相容性。     

激光熔覆HA生物陶瓷梯度涂层的微观组织结构

利用激光熔覆的方法在纯钛表面制备了羟基磷灰石(HA)生物陶瓷梯度涂层，通过电子探针和X射线衍射仪(XRD)对不同工艺参数下制备的涂层进行了微观组织观察和物相分析。实验结果表明，当激光功率为600W，扫描速度为3．5mm／s时，在纯钛表面可获得组织致密结合形态好的HA生物陶瓷梯度涂层，涂层的组织为胞枝晶和枝状晶，与人体骨组织的结构相似，主要由生物活性较好的HA相以及α—Ca2P2O7，Ca2(PO4)2等钙磷相组成，涂层下部的Ca，P的原子比例与HA中的Ca，P的原子比例相当，涂层表面因P的丢失而使其比例略高。随着功率的提高，涂层组织出现了少量的微孔，微孔的出现有利于骨组织在其上面植入生长，但涂层中Ca，P的原子比例升高，涂层的生物活性降低。随着扫描速度的加快，涂层熔化不充分，组织疏松，强度降低，影响了其使用。     

基于温度场模拟的激光熔覆生物陶瓷涂层工艺参数选择

根据激光熔覆生物陶瓷涂层的特点,选择二维带状热源模型,研究计算了材料物理性能在不同温度下的变化曲线,并建立温度场模型。将实验制备的涂层从涂层外观、显微硬度、涂层与基体的结合强度、涂层物相等方面对比模拟结果与实验结果,从而论证模型的可靠性。根据模拟结果可得:激光功率与扫描速度均会影响熔池深度,且激光功率的影响大于扫描速度;根据模拟的变化趋势分析,选择的激光熔覆的工艺参数为功率P=1700 W,扫描速度V=165 mm/min。模拟预测了不同涂层厚度、工艺参数条件下的熔池深度。     

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MoSi2涂层的研究

本文用高能激光束熔覆MoSi_2粉末在45钢基体上制备了耐高温结构用涂层,用XRD、SEM、EDAX和显微硬度仪分别对熔覆层的组织结构和硬度进行了研究。试验结果表明,由于基体的稀释作用,涂层的相组成为FeMoSi、Fe_2Si和少量的Mo_5Si_3。涂层组织呈现典型的细小枝晶组织特征,枝晶为FeMosi领先相,枝晶间为FeMoSi和Fe_2Si两相共晶,组织中无孔隙和裂纹等缺陷存在。Mo,Si,Fe线扫描成分分布在涂层-基体界面处均缓慢过渡,基体与涂层发生互扩散,为冶金结合。涂层硬度可达HV_(0.5)845,基体硬度为180,涂层硬度比基体提高3.7倍。     

激光熔覆原位自生复合材料涂层的研究

利用激光熔覆技术,使用HL-1500型CO2激光器在45#钢表面制备出原位自生成的Ni基金属陶瓷TiB2层.并采用现代化分析手段对涂层的宏观形貌,显微组织特征和元素分部进行了系统的观察和分析.研究结果表明,熔覆合金层显微组织由枝晶固溶体及其间细密的共晶组织组成,涂层中存在γ-Fe,γ-Ni,TiB2,TiB和少量的Ni4B3.     

钛合金表面激光熔覆涂层的耐磨性能

为了提高钛合金的表面耐磨性能,采用MXP-2000型销盘式摩擦磨损实验机,以镍包石墨粉末为原材料,利用CO2激光器在TC4合金表面上熔覆耐磨涂层,进行钛合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损实验,并用扫描电镜对磨损表面进行观察和分析。实验结果表明,激光熔覆涂层的摩擦系数为0.56,与钛合金的摩擦系数基本相同,但激光熔覆涂层的磨损失重量比钛合金低接近一个数量级,说明激光熔覆涂层可以大大提高钛合金的表面耐磨性能。TC4合金的磨损机制以粘着磨损为主,激光熔覆涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,涂层的高硬度加上涂层里的TiC增强相是其耐磨性高的主要原因。     

铝合金表面激光熔覆铜基合金涂层研究

为了提高铝合金的表面强度,根据铜合金的液相分离性质,采用CO2激光熔覆方法,在铝合金表面成功制备了铜基合金涂层。结果表明,涂层的基体相为铜基固溶体,强化相主要为呈弥散分布的laves相。涂层中的强化相表现出了"富Mo核心"+"包围相"的复合结构特征,这主要是由于富Mo核心的析出为液相分离提供了异质形核条件所造成的。硬度测试表明,所获涂层的硬度约为270HV0.05,比ZL104铝合金提高了约2倍。     

激光熔覆制备Al-Si-Cu-Fe准晶态合金涂层的研究

本文报道了在氮气气氛下 ,利用激光熔覆Al50 Si15Cu2 0 Fe15准晶粉末制备Al Si Cu Fe准晶态合金涂层。通过选取适当的激光熔覆参数 ,成功的制备了Al Si Cu Fe准晶态合金涂层。X射线衍射 (XRD)分析显示涂层中含有 1/ 1立方类似相α- (Al,Si)CuFe、β -Al(Si)Fe(Cu)相、λ -Al13 Fe4相和Al0 .7Fe3 Si0 .3 相。制备的涂层显微硬度达Hv914 ,α相和 β相中高的Si元素含量和类似相λ -Al13 Fe4的高含量是影响Al Si Cu Fe合金涂层硬度的主要因素。光学显微镜下显示Al Si Cu Fe合金涂层枝晶细密且取向比较一致 ,一次枝晶臂间距约为 2 5 μm ,且有明显的二次枝晶存在 ,二次枝晶臂间距约为 8μm。摩擦学试验显示 ,随着滑动速度的增加 ,涂层与对偶球之间的摩擦系数逐渐降低 ,且趋于稳定。     

激光原位碳化铬-镍基复合涂层的组织特征

为了制备陶瓷增强镍基复合涂层,采用激光熔覆技术在45#钢表面原位合成了碳化铬-镍基复合涂层,研究了涂层的显微组织、相结构特征及显微硬度。碳化铬陶瓷的形状主要有四边形（菱形）、六边形和不规则块状;四边形碳化铬为Cr3C2,六边形碳化铬为Cr7C3,不规则块状碳化铬成分不确定,可能为Cr3C2或Cr7C3;涂层的平均显微硬度达到基体的3.5倍;涂层具有较高的硬度和致密的组织。结果表明,涂层主要由Cr-Ni-Fe-C,C,Cr7C3和Cr3C2四相组成,显微组织均匀致密,与基体呈良好的冶金结合。该研究对激光原位碳化铬-镍基复合涂层的理论研究和实际应用是有一定帮助的。     

Ti-6A1-4V表面激光熔覆钛基复合涂层的微观组织及形成机制

Titanium matrix composite coatings were fabricated on Ti-6A1-4V substrate by laser cladding using powder mixtures of Ti Cr3C2 and Ti TiB2, respectively. The chemical compositions and mi-crostructures of the coatings were analyzed using scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and X-ray diffraction (XRD). Microhardness was measured by a microhardness tester. The results showed that Cr3C2 particles were dissolved and deposited to form dendritic TiC in the upper section and spherical grain TiC in the bottom of Cr3C2 Ti coating. Most of TiB2 was dissolved in the molten pool by laser irradiation, then formed TiB with fine needles and coarse needles in the TiB2 Ti coating. A few quasi-melted TiB2 particles with irregular shape at the bottom of the coating were observed. The average microhardnesses were approximately HV850-V1000, HV800-V1050 in the Cr3C2 Ti and TiB2 Ti coating, respectively, which were 2-3 times higher than that of Ti-6A1-4V substrate.     

TC4钛合金表面激光熔覆C与BN粉末原位生成复合涂层

将高纯度的C,BN机械混合粉末预涂在TC4钛合金表面,采用5 kW横流CO2激光器进行激光熔覆,原位生成高硬度复合涂层。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能量弥散X射线探测器(EDXs)等观察和分析熔覆层的微观组织和成分,测试了熔覆层的硬度。结果表明,以C,BN机械混合粉末为原料,利用激光熔覆原位生成技术生成了树枝晶状的复合熔覆层,熔覆层与基体冶金结合。熔覆层显微硬度值最高可达1454 HV0.5,显著地提高了TC4合金的硬度。