水熱電化學(xué)沉積羥基磷灰石涂層的工藝、結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、本文采用水熱電化學(xué)沉積法在鈦基體上制備羥基磷灰石(簡(jiǎn)稱HA)涂層，目的是提高涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度，為其應(yīng)用進(jìn)行前期的工藝研究和理論分析。 首先，研究工藝條件對(duì)水熱電化學(xué)沉積HA涂層結(jié)構(gòu)、形貌、沉積量和結(jié)合強(qiáng)度的影響，并對(duì)鈦基體進(jìn)行粗糙化處理；其次，在電沉積HA涂層的電解液中添加Ti微?；騎iO2微粒或ZrO2微粒，共沉積制備HA復(fù)合涂層，研究工藝條件和微粒共沉積量的關(guān)系及共沉積的機(jī)理，探討微粒共沉積對(duì)涂層熱穩(wěn)定性和結(jié)合強(qiáng)度的影響

2、；最后，評(píng)價(jià)HA復(fù)合涂層的生物活性和生物相容性。 采用pH微探針原位研究電極/電解液界面pH值的變化；通過熱力學(xué)計(jì)算，結(jié)合XRD、FTIR、SEM、EDS、DSC的組分、結(jié)構(gòu)和形貌分析，對(duì)電沉積HA可能涉及的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行探討；采用“負(fù)離子配位多面體生長(zhǎng)基元”模型，對(duì)HA晶體的生長(zhǎng)形貌進(jìn)行分析；通過陽極極化曲線，測(cè)試涂層的耐蝕性能；采用交流阻抗技術(shù)研究工藝條件和涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)、結(jié)合強(qiáng)度三者間的關(guān)系；通過模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)和體外細(xì)胞培養(yǎng)

3、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)涂層的生物活性和生物相容性。 研究結(jié)果表明：水熱電化學(xué)沉積物的組分是缺鈣磷灰石，隨溫度升高，磷灰石結(jié)晶度提高且組分逐步接近計(jì)量比,200℃時(shí)得到計(jì)量比的HA，HA晶體端面呈六邊形，屬于典型的六方柱狀晶體，晶體表面光滑、結(jié)晶完整；鈦基體在1：1NH3/H2O2的溶液中刻蝕后得到呈鋸齒狀凸起的表面。HA復(fù)合涂層的共沉積過程符合Guglielmi兩步吸附理論，強(qiáng)吸附為速度控制步驟；微粒的共沉積并沒有改變HA的電沉積模式，HA同

4、樣具有相同的(002)晶面擇優(yōu)取向，但微粒的共沉積阻礙了HA晶體的生長(zhǎng)，HA晶體尺寸變小。熱處理過程中，微粒促使涂層中的HA發(fā)生分解，降低了HA的熱穩(wěn)定性，但加強(qiáng)了涂層內(nèi)部的結(jié)合，微粒的復(fù)合顯著提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度，這是由于微粒的復(fù)合減小了涂層的熱膨脹系數(shù)，緩和了涂層與基體的熱膨脹系數(shù)失配，同時(shí)微粒的沉積阻礙了HA晶體的生長(zhǎng)，增大了微粒和HA間的接觸面積，提高涂層的致密度。復(fù)合涂層在模擬體液中浸泡7天后，涂層表面完全被碳磷灰石覆蓋。細(xì)胞在

5、復(fù)合涂層表面的細(xì)胞增殖數(shù)與在HA涂層上的細(xì)胞增殖數(shù)無顯著差異性，細(xì)胞在涂層表面生長(zhǎng)良好，粘附牢固，并具有良好的細(xì)胞形態(tài)和增殖率，表明微粒的加入雖然降低了涂層中HA的含量，但沒有降低涂層的生物活性和生物相容性。在模擬體液中，HA/TiO2、HA/ZrO2的穩(wěn)態(tài)鈍化電位區(qū)間最寬，維鈍陽極電流最小，表現(xiàn)出良好的耐蝕性能和抗溶解性。交流阻抗技術(shù)可以定性比較HA復(fù)合涂層的致密度和結(jié)合強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是一種很有前途的研究方法，對(duì)研究HA復(fù)合涂層的微