激光熔覆MgO-HA涂層及其性能研究.pdf

1、Ti-6Al-4V是一種常用的生物醫(yī)學(xué)材料，常被用作骨釘、接骨板以及其他硬骨組織替代材料。然而，鈦合金是一種生物惰性金屬，表面生物活性及耐腐蝕性不理想，從而限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。為此，本論文利用激光熔覆技術(shù)，在其表面制備MgO替代的HA涂層，以其改善鈦合金表面活性及耐腐蝕性能。
　　首先，對(duì)激光熔覆工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過大量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，確定了最優(yōu)化的熔覆工藝:電流為80A、脈寬為2.0ms、頻率為20Hz、掃描間距為0.4mm、

2、掃描速度為500mm/min，離焦量為25～30mm。在此熔覆工藝下，對(duì)不同MgO的含量的熔覆層的物相、形貌以及金相組織等進(jìn)行了分析和觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熔覆層內(nèi)主要物相為Ca3HP4O14、Mg3(PO4)2、Ca3Mg3(PO4)4、MgO、CaTiO3及TiOx。隨著MgO含量的增大，CaTiO3的相對(duì)含量呈先增大后減小的趨勢(shì)，Mg3(PO4)2的相對(duì)含量則逐漸增大，Ca3Mg3(PO4)4的相對(duì)含量表現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，而Ca3HP

3、4O14的相對(duì)含量幾乎保持不變。MgO的含量從16.71Wt.％增長(zhǎng)到37.57Wt.％時(shí)，熔覆層平均晶粒尺寸逐漸減小，當(dāng)含量大于37.57 Wt.％時(shí)，平均晶粒尺寸幾乎不變。
　　激光共聚焦結(jié)果表明，當(dāng)MgO的含量小于37.57Wt.％時(shí)，樣品表面較平整，而當(dāng)MgO的含量大于37.57Wt.％時(shí)，樣品表面比較粗糙。粗糙度呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)MgO的含量為37.57Wt.％，粗糙度最大，其值為39.85μm。金相分析結(jié)果

4、顯示，組織區(qū)域主要分為熔覆層、熱影響區(qū)和基底，基底與熔覆層具有良好的冶金結(jié)合。對(duì)熔覆層樣品橫截面的顯微硬度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，隨著MgO含量增大，熔覆層內(nèi)的顯微硬度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)MgO含量為44.52Wt.％時(shí)，熔覆層的顯微硬度達(dá)到最大值，值為1082HV0.2。
　　對(duì)不同含量的HA/MgO熔覆層的表面潤(rùn)濕性進(jìn)行了研究。表面能計(jì)算結(jié)果表明，隨著MgO含量的增大，表面能呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，說明隨著MgO含量的增大，熔覆

5、層的潤(rùn)濕性能逐漸降低。當(dāng)MgO的含量為16.71Wt.％時(shí)，熔覆層的表面能最大，為62.9mJ/m2，從而說明MgO的替代含量為16.71Wt.％時(shí)，獲得的熔覆層潤(rùn)濕性能最佳。各熔覆層與SBF溶液之間的接觸角結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。
　　采用SBF溶液浸泡實(shí)驗(yàn)，對(duì)各熔覆層的體外活性進(jìn)行了研究。XRD結(jié)果表明，在SBF溶液中浸泡6天后，含有MgO的樣品的表面均有CaP沉積層衍射峰出現(xiàn)，隨著MgO含量增加，CaP沉積層衍射峰的相對(duì)峰

6、強(qiáng)先逐漸增大后減小，當(dāng)MgO的含量達(dá)到28.67Wt.％時(shí)，其衍射峰相對(duì)強(qiáng)度最大，表明當(dāng)MgO含量低于28.67Wt.％時(shí)，MgO替代有利于HA的沉積，當(dāng)MgO含量高于28.67Wt.％時(shí)，MgO替代不利于HA的沉積。結(jié)合UV-vis結(jié)果，進(jìn)一步證明CaP沉積層中OH-含量較少，大部分為PO43-。熔覆層在SBF溶液中浸泡后，表明CaP沉積層的形貌為魚鱗狀，EDS結(jié)果顯示，隨著MgO含量增加，沉積層中Ca/P原子比呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。