超音速氧焰喷涂羟基磷灰石涂层的研究

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等离子喷涂钛基羟基磷灰石(HA)涂层材料既有金属的强度和韧性,又具有表面生物活性,已广泛应用于骨骼的替代和修复。但是等离子的高温会降低涂层的结合强度,同时HA分解为磷酸三钙(TCP)、磷酸四钙(TTCP)等,涂层在体内易溶解、脱落、失效。超音速氧焰喷涂(HVOF)有非常高的焰流速度和相对较低的火焰温度,是一种较为合适的HA涂层制备方法。本文采用HVOF的方法在Ti6Al4V基体上制备HA涂层,考察了不同燃气流量对HA颗粒熔化程度、相组成及在涂层表面形貌的影响。结果表明:增加燃气流量,颗粒表面的熔化程度提高,但颗粒整体熔化比例仅有微小增加,从12.79%增加到18%,原因是增大燃气流量提高火焰温度的同时加快了颗粒的飞行速度,降低了粉末在火焰中的滞留时间。X射线衍射(XRD)图谱表明:三种燃气流量下颗粒中均只有HA结晶相,说明喷涂过程中,HA分解很少。三种颗粒的结晶度计算显示:提高燃气流量降低了HA颗粒的结晶度,从91.4%降至73.8%;扫描电镜观察发现:三种燃气流量下的HA颗粒在涂层表面形成了三种典型结构。涂层中只有HA晶相,结晶度较高,可能存在早期生物活性不高的问题,因此,本文制备了羟基磷灰石/生物玻璃(BG)复合涂层,分析添加生物玻璃对涂层的相组成、表面形貌及生物活性的影响。XRD结果显示:添加生物玻璃不影响涂层的相组成,对HA的分解没有影响或影响很小;SEM结果表明:BG颗粒以球形方式镶嵌在涂层表面,含量小于粉末中的比例;将涂层浸泡在一倍模拟体液(SBF)中7天后发现:添加20%wtBG的涂层表面有明显的类骨类磷灰石生成,说明添加BG可以提高涂层的生物活性。针对涂层在模拟体液中发生剥落的问题,本文采用在HA涂层表面涂覆聚乳酸(PLA)的方法改善其在水溶液中的稳定性。考察了不同浓度及涂覆次数对涂层稳定性的影响。实验发现,涂层表面涂覆聚乳酸后,在水溶液中的稳定性增强,因为疏水的聚乳酸可以防止水渗入涂层。超声过程中涂层表面以点状方式掉落,与涂层表面聚乳酸膜存在微小的孔洞有关。涂覆浓度及次数对涂层的影响较为明显,浓度低时,涂层易掉落。涂覆次数少,薄膜易破裂,涂覆次数多了,涂层与薄膜间的结合强度降低,导致两者整体分离。本文认为3g/100ml的浓度,涂覆次数以三次为佳。1g/100ml时,涂覆五次效果要好于三次。
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