论文部分内容阅读
羟基磷灰石(HA,Ca10(PO4)6(OH)2)是一种生物相容性和生物活性材料,由于其结构与骨矿物相似,被用于不同的生物医学应用。TC4钛合金具有密度低、比强度高、疲劳强度高、生物相容性优异等性能,被广泛应用于生物医学领域。硼(B)是人体生理学的必需元素,它能促进骨骼强度,提高骨骼细胞的密度,增加骨骼对钙磷元素的吸收。此外,氧化镧(La2O3)是一种重要的稀土氧化物,可以提高HA的拉伸和弯曲强度,掺杂低含量的氧化镧可以提高生物活性,同时稀土氧化物可以改善激光熔覆过程中出现的熔覆层质量问题。本课题通过添加稀土元素进一步提升涂层的生物活性和改善激光熔覆过程中出现的质量问题,探索出最优的熔覆层厚度,确定最佳激光熔覆工艺参数,在此基础上进行不同稀土添加量的研究,最后确定最优的稀土添加量。本课题通过激光熔覆技术制备出了稀土掺杂的生物陶瓷涂层,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等实验设备研究了稀土氧化物添加量对熔覆层物相组成、力学性能、耐腐蚀性能和生物活性的影响。经过课题组的前期探索,确定熔覆粉末质量比为5BH:La2O3=99.4:0.6的条件下(5BH:95wt.%HA+5wt.%CaB6),通过一系列的探索实验,确定了最优的激光熔覆工艺参数:激光功率P=305W、扫描速度V=840 mm/min、光斑直径D=2.5 mm、搭接率为40%、氩气流速为10 L/min。熔覆层中添加稀土元素时,能观察到晶粒发生明显细化,通过XRD物相检测结果分析,稀土掺杂生物陶瓷涂层主要物相为:HA、B2O3、Ca3(PO4)2、CaTiO3、CaO、CaB2O4、TiO、Ti。当La2O3添加量为0.8wt.%时,硬度显示最高,最高硬度约为基体的2.3倍。稀土掺杂生物涂层与未掺杂稀土生物涂层相比,腐蚀电流密度降低,腐蚀速率下降,熔覆层耐腐蚀性能提高。利用体外模拟体液(SBF Simulated body fluid)浸泡实验评价熔覆层的生物活性,发现熔覆层中的稀土元素可以加快类骨磷灰石沉积,与未添加稀土元素的熔覆层相比磷灰石沉积量增多,当熔覆层中添加0.20.4 wt.%La2O3时,熔覆层表现出良好的生物活性。