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等离子喷涂羟基磷灰石涂层目前已成功用于人工植入体的制备上,但涂层性能仍有待提高。由于等离子体射流温度高,极易造成喷涂过程中羟基磷灰石发生分解,并在沉积时形成非晶相,促使涂层过早发生溶解失效。降低喷涂功率虽有助于提高涂层的结晶度和组织稳定性,但颗粒熔化不好使得涂层的力学性能变差。本课题通过改变粉体的粒径和结构,结合喷涂过程中熔化状态的控制,探究了等离子喷涂过程中HA涂层组织转变特点,为制备不同结构特征,兼顾力学性能与组织稳定的羟基磷灰石涂层打下基础。 首先,用二流体气动喷雾干燥设备制备了粒径分布10-80μm,空心率0-40%的热喷涂用羟基磷灰石粉末,从HA料浆的性质和喷雾干燥工艺两方面研究了粉体的制备技术。通过改变料浆的固含量、粘结剂加入量以及喷雾干燥过程中送气量(M气)和进料量(M液),可以实现对HA粉末粒径分布的控制。而通过调节料浆的固含量、粘结剂加入量、分散剂含量可以实现HA粉末结构的控制。 从喷涂工艺角度出发,通过收集飞行过程中的喷涂颗粒,研究了工艺参数对颗粒加热的影响规律,找到了使粉末完全熔化、部分熔化、微熔的工艺窗口。实验中引入CPSP(Critical Plasma Spray Parameter)值来表征等离子焰流对HA粒子加热能力,研究结果表明,CPSP一定,HA粒子的熔化程度主要决定于粒径大小,CPSP值越大,粒子熔化程度越高。对于自制的粒径分布在45-75μm之间的实心HA粉末,CPSP值为300时,可以使粒径分布在45-75μm之间的HA实心粉末完全熔化。在相同的参数下,空心粉末比实习粉末的熔化程度更高,对于空心率40%,粒径70μm的HA粉末,CPSP为251时就能实现完全熔化。同时,对比分析了基体温度对喷涂扁平颗粒的影响规律,发现提高基体温度,可有效抑制HA的非晶化。 在此基础上,采用自制的空心率40%,粒径65-75μm的空心HA粉末,制备出了不同组织和结构特点的HA涂层,涂层孔隙率在3%-19%范围变化,结晶度可以在40%-100%变化,其中结构致密HA涂层的结晶度可达到80%,显微硬度为300Hv,弹性模量为23GPa,显示了良好的综合性能。