Ti6Al4V高速火焰噴涂仿生生物涂層制備及特性.pdf

1、生物涂層設(shè)計模仿人骨結(jié)構(gòu)、功能和成分，采用高速火焰噴涂方法，將底層和表層材料復(fù)合，獲得Ti6Al4V表面仿生生物涂層，即人工骨涂層材料。涂層的線膨脹系數(shù)、孔隙度、生物活性、涂層晶粒尺寸、骨性結(jié)合均實現(xiàn)梯度變化，底層和工作層皆具有人工骨功能。
　　噴涂材料底層以鈦為主，添加底釉生物玻璃(G)，工作層粉體為HA，添加生物活性玻璃(BG)，研究粉體粒度和添加劑加入量對涂層特性的影響。采用機械拉伸法測定涂層結(jié)合強度；基于掠入射X射線衍射方

2、法測量涂層的宏觀殘余應(yīng)力；在模擬體液環(huán)境下，對涂層進行極化曲線測定，研究涂層腐蝕行為；采用TG-DSC研究粉體和涂層析晶、分解和晶化處理溫度，計算粉體的析晶活化能；通過XRD、SEM、TEM、AFM等手段研究涂層組織結(jié)構(gòu)和界面特性；采用體外模擬研究底層和工作層表面類骨磷灰石的生長及涂層材料與成骨細胞的生物學行為；以犬為種植對象研究種植體的骨性連接行為。
　　生物涂層的結(jié)合強度受噴涂粉體粒度、G和BG添加量、晶化處理工藝影響。其中，

3、80wt.％Ti-20wt.%G底層，80wt.%HA-20wt.%BG為工作層，晶化處理后涂層結(jié)合強度分別為52MPa和33MPa，達到口腔種植體要求的標準。噴涂生物涂層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，壓應(yīng)力的大小與噴涂材料及材料的粒子尺寸有關(guān)。壓應(yīng)力的原因主要是噴射沖擊殘余應(yīng)力。通過G和BG調(diào)整涂層線膨脹系數(shù)，使涂層的熱應(yīng)力下降。涂層斷裂形式為層片剝離、粒子內(nèi)部開裂和粒子間斷裂。
　　生物涂層組織結(jié)構(gòu)和界面特征受噴涂送粉方式、G和BG粒度、添

4、加量、晶化處理影響。在Ti粉中添加20wt.%的G，Ti/G復(fù)合析晶活化能高于單體G；在HA中加入20wt.%的BG，HA/BG復(fù)合，使析晶活化能進一步降低。涂層經(jīng)晶化處理后，在Ti6Al4V基體與底層界面結(jié)合處存在3μm左右過渡帶，伴隨有微米和納米粒子析出，使基體與噴涂界面接觸部位通過氧化、擴散和玻璃浸潤實現(xiàn)冶金結(jié)合。Ti/G底層有R-TiO2、A-TiO2、Na2Ti6O13相沿涂層裂紋處析出，起到愈合作用。HA/BG工作層也同時析

5、出納米級和微米級的HA和Na2Ca(PO4)F，增加了表層的生物活性。
　　在體外模擬環(huán)境下對涂層表面類骨磷灰石的生長規(guī)律研究得出，Ti/G涂層中TiO2能夠為類骨磷灰石提供成核位置形成針狀納米級類骨磷灰石(CHA)。工作層中BG的加入使涂層表面溶解傾向加大，有利于磷灰石的生長。以8Ti2G為底層，8H2B為工作層形成的生物復(fù)合涂層具有抗電化學腐蝕能力，而且對成骨細胞的生物學行為無干擾、無抑制，能促進成骨細胞的黏附、生長。以犬為種