论文部分内容阅读
在金属基体上制备具有生物活性的陶瓷材料,既可以满足植入体的力学性能要求,又具备植入人体后的生物活性需求,是现在应用最广泛的骨植入体替代材料。在钛合金(Ti-6Al-4V)基体上制备羟基磷灰石涂层材料,其种植体已经在临床上得到了广泛的应用,但是纯的羟基磷灰石涂层与钛合金基体的结合强度并不高,影响了其在生物材料领域的应用,本文通过使用等离子喷涂的方法在钛合金制备钛/羟基磷灰石复合涂层材料,以期提高涂层与基体之间的结合强度,并且验证其细胞相容性。使用等离子喷涂的方法在钛合金(Ti-6Al-4V)基体上制备羟基磷灰石涂层,通过对羟基磷灰石涂层的显微组织结构、孔隙率、结合强度对涂层的性能进行表征,分析等离子喷涂工艺对羟基磷灰石涂层性能的影响关系,结果显示:采用喷涂功率为40kW,在喷涂距离分别为80mm、100mm、120mm时,通过分析扁平颗粒的大小来判断粉末颗粒的融化程度,在40kW的喷涂功率下,喷涂距离从80mm增大到100mm时涂层粉末颗粒的融化程度变好,喷涂距离从100mm增大到120mm时涂层粉末颗粒的融化程度降低,扁平粒子的扁平度下降;喷涂距离100mm不变的情况下,喷涂功率从30kW提高到50kW的过程中,羟基磷灰石涂层的粉末的颗粒形态发生了明显的变化,颗粒的融化程度明显变好;羟基磷灰石涂层各试件的孔隙率在5%-10%之间,变化范围不大。当喷涂功率不变,涂层的孔隙率随喷涂距离的增大先变小后变大,当喷涂距离不变,随喷涂功率的增大涂层的孔隙率降低;喷涂功率40kW,喷涂距离100mm的参数下,HA涂层的结合强度最高,达到了15.8Mpa。选取最优的等离子喷涂工艺制备不同成分配比的钛/羟基磷灰石复合涂层,即喷涂功率40kW,喷涂距离100mm的喷涂参数,分别制备2种HA/Ti复合涂层:HA/Ti30wt%涂层(H7T3)和HA/Ti50wt%涂层(H5T5)。分析复合涂层的显微组织结构、孔隙率、复合涂层成分构成、涂层结合强度。结果表明:复合涂层中颗粒的变形度明显,融合程度较好,颗粒呈扁平状叠加在一起,其边缘有明显溅射的痕迹,粉末熔化程度较高,涂层较为致密,有少量的孔隙,涂层与基体之间、复合涂层表面均未见明显裂纹;H7T3复合涂层中钛所占的质量比重为15.81%,H5T5复合涂层中钛所占的质量分数为27.10%,说明钛粉末的沉积效率并不高,相比喷涂粉末中的质量粉末明显下降;H7T3复合涂层的孔隙率为4.2%,H5T5复合涂层的孔隙率为3.6%,两种复合涂层的孔隙率比较接近,对比羟基磷灰石涂层的孔隙率为5.1%,由于钛粉的颗粒尺寸较大导致了复合涂层的孔隙率相对较低;H5T5复合涂层的结合强度22.4MPa高于H7T3复合涂层19.6 MPa的结合强度,随着涂层中钛含量增多,使得复合涂层的结合强度增大。同一喷涂参数下的羟基磷灰石涂层的结合强度为15.8 MPa,可见钛/羟基磷灰石复合涂层的结合强度明显高于纯羟基磷灰石涂层的结合强度。细胞培养试验结果表明:根据细胞形态学变化评价,H5T5复合涂层试件组细胞形态正常,细胞毒性为无毒;使用扫描电镜观察试样上的细胞黏附情况,结果表明骨髓间充质干细胞在钛/羟基磷灰石试样表面增殖旺盛,细胞毒性为无毒,细胞黏附情况良好;CCK-8细胞毒性实验结果显示,钛/羟基磷灰石复合涂层试样组细胞相对增殖率均在85%以上,毒性分级为1级,无细胞毒性。根据细胞培养实验对复合涂层组1,4,7 d各组细胞形态变化、细胞相对增殖率、毒性分级及细胞黏附情况的结果分析,表明H5T5复合涂层具有良好的细胞相容性。