陰極電沉積法在鈦表面制備生物陶瓷涂層的研究.pdf

1、隨著老齡化社會(huì)的到來,在外科矯形手術(shù)、齒填充材料、人體硬組織的修復(fù)領(lǐng)域?qū)τ谏锘钚圆牧系男枨罅咳找嬖鲩L(zhǎng).金屬基生物活性陶瓷涂層由于具有金屬和生物活性陶瓷的綜合優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是目前最有前途的一種承重骨替換材料.目前眾多陶瓷涂層制備技術(shù)中,陰極電沉積工藝因低溫操作、適合各種形狀基體而具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì).但其缺點(diǎn)在于沉積過程中,電極表面劇烈析氫,影響沉積和結(jié)晶,致使膜層疏松、易脫落,成為亟待解決的問題.考慮到H<,2>O<,2>的陰極還原電位比H<,

2、2>O正得多,容易在陰極被還原,本研究中使用H<,2>O<,2>修飾電解質(zhì)溶液,以期抑制H<,2>析出,改善涂層質(zhì)量.研究了電沉積方法在基體鈦表面制備生物活性陶瓷涂層過程中電解液pH值、添加H<,2>O<,2>量、沉積溫度、沉積時(shí)間,以及陰極電位和陰極電流密度等影響因素.通過采用XRD和FTIR對(duì)涂層的化學(xué)組成進(jìn)行了分析,用SEM觀察了涂層的表面形貌.試驗(yàn)表明:較高的初始電解液pH值有利于羥基磷灰石涂層的生長(zhǎng),pH為5.5與2.5時(shí)比較

3、,所得涂層更加致密,XRD射線譜上的特征衍射強(qiáng)度增強(qiáng);延長(zhǎng)沉積時(shí)間,羥基磷灰石膜層逐漸生長(zhǎng),相應(yīng)衍射峰的強(qiáng)度不斷加強(qiáng),SEM圖像也顯示涂層覆蓋率不斷提高,晶體結(jié)構(gòu)由0.015μm左右的長(zhǎng)柱狀晶體轉(zhuǎn)變?yōu)?.4~0.5μm的片狀結(jié)構(gòu);陰極電流密度隨沉積溫度的提高而逐漸升高,所得晶體尺寸變小,但仍維持片狀晶體形貌,晶體互相交錯(cuò)成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).但是溫度高至70℃時(shí),溶液不穩(wěn)定,反而不利沉積;H<,2>O<,2>的用量由1﹪逐漸增加到9﹪,電流密度

4、不斷增大,羥基磷灰石晶體的形貌先由團(tuán)絮結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^大片狀結(jié)構(gòu),又進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小片狀結(jié)構(gòu).隨H<,2>O<,2>用量增加,衍射峰的強(qiáng)度總體增強(qiáng);陰極的恒電位極化增強(qiáng)時(shí),電流密度增大.羥基磷灰石的晶體由片狀轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧罱Y(jié)構(gòu),涂層變得致密.恒電流極化時(shí)也有類似現(xiàn)象;本研究得到的最佳工藝條件是:溶液pH值為5.5,H<,2>O<,2>為添加量6﹪,溫度為70℃,陰極電位ψ=-0.6V(vs SCE),沉積時(shí)間t=2000s,上述條件下可制備出較