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钛合金表面激光合成与熔覆稀土生物陶瓷复合涂层的研究

在钛合金基体上涂覆以羟基磷灰石(HA)为主的生物陶瓷涂层制成的复合生物材料,既有优良的力学性能,又有优良的生物相容性,被认为是最有希望的新型生物骨替换材料之一,因此成为近年来生物材料领域研究最为活跃的方向之一。本文依据 HA 可以通过适当的含钙、磷盐的混合物在烧结过程中反应合成,以及激光技术已广泛用于涂层制备的事实,提出通过激光处理在钛合金表面同步合成及熔覆以HA 为主的生物陶瓷复合涂层,可以节约成本,并缩短生产周期。同时,在涂层中添加了少量Y_2O_3,获得了良好的效果。试验证明,在经过激光重熔预处理的TC4表面,预涂敷80%CaHPO_4,·2H_2O、20%CaCO_3以及另加1%Y_2O_3的混合粉末,以较低的功率密度(13~15W/mm~2)和较高的扫描速度(630mm/min)进行激光处理,实现了 HA 的同步合成与熔覆,获得的稀土生物陶瓷复合涂层的物相组成为:Ca_(10)(PO_4)_6(OH)_2(HA)、β-  (本文共107页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

宽带激光熔覆梯度生物陶瓷复合涂层及其生物相容性

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,设计了一种梯度涂层,采用宽带激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面成功地制备了梯度生物陶瓷复合涂层,并在以下几个方面开展了研究工作。以热力学和动力学的研究结果为指导,通过宽带激光熔覆工艺参数对生物陶瓷复合涂层组织形貌及烧结性影响的研究,确定最佳工艺参数为:宽带激光输出功率P=2. 5kW,扫描速度V=150mm/min,光斑尺寸D=16 mm×2mm;通过对瞬态温度场的数值模拟,给出了温度场的分布。结果表明,即使在熔覆的最后阶段即t=11. 6s时,熔池的最高温度(1919℃)也低于含HA生物陶瓷涂复合涂层理论计算的热力学温度(1927℃)。从而验证了最佳工艺参数下可以获得含HA的生物陶瓷复合涂层。研究发现,Y2O3含量影响着生物陶瓷复合涂层中HA及β-TCP的形成,随着Y2O3的增加,复合涂层中HA+β-TCP的含量逐渐增加,当Y2O3含量处于0...  (本文共133页) 本文目录 | 阅读全文>>

兰州理工大学
兰州理工大学

激光熔覆生物陶瓷复合涂层组织及性能研究

在钛合金表面制备生物陶瓷涂层,结合了基体材料的强度和陶瓷材料的生物活性,被认为是目前最有前途的一种承重骨替换材料。本研究旨在利用激光熔覆技术在钛合金(Ti-6Al-4V)表面构建梯度生物活性复合陶瓷涂层,以达到制备高性能、高可靠性生物植入材料的目的。本文以廉价的CaCO_3和CaHPO_4·2H_2O为前驱粉末,通过涂层成分设计,在钛合金表面激光熔覆制备了生物陶瓷涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、热分析仪(TG-DSC)、硬度计等检测手段对钛合金表面涂层的形貌结构、组成、成分分布、力学性能及其体外诱导能力进行了详细的分析与研究;并且探讨了稀土氧化物CeO_2对涂层的影响。结果表明,熔覆层表面形貌基本呈网络状,反应生成的CaTiO_3均匀分布在磷酸钙陶瓷相之间。激光熔覆层大体分为陶瓷层、过渡层以及热影响区3个层次。基体与过渡层、过渡层与陶瓷层之间彼此紧密结合,无明显界线。由基体至涂层...  (本文共78页) 本文目录 | 阅读全文>>

《材料研究学报》1940年10期
材料研究学报

激光熔覆生物陶瓷复合涂层

激光熔覆生物陶瓷复合涂层张亚平,高家诚,谭继福,邹至荣(重庆大学)摘要介绍在奥氏体型不锈钢基材上预置涂覆具有一定梯度的生物陶瓷粉末(HAP或CSHPO42H2O+CaCO3)的激光熔覆.经SEM,EDS,XRD分析表明,低输出功率、高扫描速率是获得激光生物陶瓷涂层的主要控制因素.预置涂覆CaCO3与CaH(PO4)2H2O混合粉末涂层,在大于常规方法合成HAP所需比例下,可激光合成含Ca5(PO4)3(OH)等生物活性陶瓷的复合涂层,且存在一定量非晶态的自由表面区.关键词激光熔覆,生物陶瓷,涂层。70年代以来,国内外有关学者利用等离子喷涂、化学气相沉积、物理气相沉积等表面改性技术,开展了在金属基体上涂覆生物陶瓷的研究与临床应用.它是综合金属材料及生物陶瓷材料各自优越性最有希望的途径之一.但现有工艺获得的生物陶瓷涂层,其均匀性及与金属基体的结合强度较差,致使临床应用出现脱落等现象”).本文介绍在奥氏体型不锈钢基村上,预置涂覆具有一...  (本文共4页) 阅读全文>>

《中国激光》2009年10期
中国激光

激光快速成形工艺参数对生物陶瓷复合涂层物相组成的影响

1引言生物活性陶瓷材料是用于人体器官替换、修补的一种材料[1],此类材料具有良好的生物相容性和生物活性,其中羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)因与人体骨组织的无机成分类似,在人体骨组织替代和修复方面应用前景十分广阔[2]。但是生物陶瓷的力学性能较差、脆性大、强度低,限制了其在人体荷重部位使用[3,4],因此,将具有良好生物学性能的生物陶瓷材料与力学性能较好的生物惰性金属材料相结合,制备既具有金属的强度和韧性,又具有生物陶瓷的生物相容性和生物活性的复合材料,成为目前国内外学者研究的热点。激光熔覆技术是一种新兴的材料制备方法,借助激光的高能量,能够实现不同材料间的结合,因此被广泛应用于涂层材料的制备。目前通过激光熔覆的方法可以在金属表面制备结合力较好的生物陶瓷复合涂层,但制备过程中,涂层物质容易在激光作用下分解,造成涂层物相组成不易精确控制[5~7]。激光快速成形技术(也称激光立体成形或激光近形制造技术),是将激光熔覆和快速原型...  (本文共5页) 阅读全文>>

《功能材料》2005年01期
功能材料

钛合金表面宽带激光熔覆梯度生物陶瓷复合涂层

1 引 言羟基磷灰石材料(HA),即 Ca10 (PO4)6 (OH)2 是一种生物活性材料,它含有人体组织必须的元素钙和磷,在人体骨组织替代和修复方面有着广阔的应用前景[1,2]。由于 HA强度较低(50~150MPa),韧性较差(1.0~1.2MPa·m-1/2),这就大大限制了它作为人体种植体的应用。应用等离子喷涂技术,在高强度、高韧性的生物惰性合金材料(Cr Co Mo、不锈钢、Ti 6Al 4V合金)表面制备具有生物活性和生物相容性的 HA涂层,将金属材料优良的力学性能和HA的生物活性结合起来。尽管在Ti 6Al 4V表面采用等离子喷涂制备的HA涂层在骨外科手术中得到一定的应用,但仍面临一些有待解决的问题,如涂层的结晶度较低、弹性模量大、结合强度低[3]等。临床应用发现,等离子喷涂的 HA涂层材料植入体内一段时间后,会从基材表面剥落[4]。文献[5,6]报道采用聚焦法(窄带法)激光熔覆制备了生物陶瓷涂层,但该方法由于熔...  (本文共4页) 阅读全文>>