钛合金表面激光熔覆制备含硼GaP生物陶瓷涂层

来源 :南华大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wuheli0811
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TC4钛合金因具备良好的生物相容性被用作CaP系生物陶瓷涂层的载体。羟基磷灰石(HA)是CaP系生物陶瓷的主要成员,它具有良好的生物活性常用于骨组织修复替代。作为替代骨植入材料,HA存在与骨组织反应缓慢的缺点,不利于受损骨组织的修复。B是人体生理学的必需元素,在骨组织方面具有加快受损组织血管修复和骨生成的生物学效应。为提高医用TC4钛合金表面熔覆羟基磷灰石涂层的植入稳定性和生物活性,采用激光熔覆方法以HA和CaB6为熔覆粉末制备出不同含硼量的CaP生物陶瓷涂层。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了熔覆层组织形貌和物相组成。通过电化学腐蚀和体外SBF浸泡实验研究了CaB6含量对熔覆层耐腐蚀性和生物活性的影响。论文研究结果如下:在熔覆粉末质量比为HA:CaB6=95:5条件下,通过激光熔覆正交实验确定了制备含硼CaP生物陶瓷涂层的典型熔覆工艺参数。当激光功率P=0.9 kW、扫描速度V=14 mm/s、光斑直径为3.5 mm、搭接率为40%、氩气流速为10 L/min时可获得熔覆层组织均匀、致密,熔覆层与基材之间呈冶金结合的生物陶瓷涂层。熔覆层由基体结合处至熔覆层表面组织结构为柱状晶、胞枝晶、树枝晶及白色纤维网状组织。含硼CaP生物陶瓷涂层中物相组成为:HA、Ca3(PO42、CaO、CaTiO3、Al2O3、Ti、B2O3和CaB2O4。熔覆层中添加CaB6可提高熔覆层显微硬度。当熔覆层中添加3wt.%CaB6时,熔覆层硬度值最大为1150HV0.2,约为基体2.8倍。含硼CaP生物涂层与纯HA生物陶瓷涂层相比,具备更低的腐蚀电流密度,熔覆层耐腐蚀性能提高。体外SBF浸泡实验表明熔覆层中B2O3和CaB2O4可以加快类骨磷灰石沉积,当熔覆层中添加5wt.%CaB6时,熔覆层表面沉积类骨磷灰石呈均匀分布,表现出良好的的生物活性和骨诱导能力。后续热处理对激光熔覆制备生物陶瓷涂层中HA等生物活性相含量影响的研究表明CaP生物陶瓷涂层经700℃保温3h热处理后,熔覆层表面可获得高含量HA生物活性相,但热处理后的熔覆层存在裂纹缺陷,易导致熔覆层表面脱落,降低熔覆层的耐腐蚀性和生物活性。
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