鈦合金表面生物活性陶瓷涂層的制備及性能研究.pdf

1、具有優(yōu)良綜合力學(xué)性能與有一定生物活性的鈦合金，在硬組織替換、牙科種植體和整形外科中占了主導(dǎo)地位。羥基磷灰石(HA)作為生物活性陶瓷，在生理體液中可誘導(dǎo)Ca、P等離子與其發(fā)生交換，在其表面發(fā)生化合反應(yīng)，從而形成化學(xué)鍵結(jié)合進(jìn)一步誘導(dǎo)骨磷灰石的沉積以修復(fù)骨缺損部位，是炙手可熱的醫(yī)用材料。在機(jī)械性能好生物活性差的金屬基材表面涂覆一層生物活性好的生物陶瓷涂層，兩大類材料取長(zhǎng)補(bǔ)短，已成為材料及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文采用陽(yáng)極氧化-電化學(xué)沉積

2、、堿熱處理-水熱合成、激光熔覆-水熱合成三種方法在鈦合金表面制備生物活性陶瓷涂層，主要研究結(jié)果如下：
　　(1)20V電壓情況下，在0.5wt％HF電解液中，得到管徑約為100nm的納米管，再通過(guò)350℃熱處理，得到優(yōu)異銳鈦礦晶型的TiO2納米管。在Ca/P=1.67的電解液電沉積直接生成CaHPO4·2H2O沉積層，經(jīng)堿液處理將CaHPO4·2H2O沉積層轉(zhuǎn)變?yōu)镠A涂層。
　　(2)鈦合金在堿液中浸泡能得到黏膠網(wǎng)狀鈦酸鈉膜

3、層結(jié)構(gòu)，5Mol/L、80℃浸泡3天工藝最佳。堿液試樣經(jīng)熱處理能改變膜層表面形貌，500℃、600℃對(duì)表面形貌影響不是太大，700℃時(shí)，膜層會(huì)出現(xiàn)脫落情況。熱處理后有金紅石晶型生成。堿熱處理試樣通過(guò)水熱合成成功制備出毛絨狀或針狀的HA附著表面。
　　(3)在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下，激光熔覆最佳工藝為：鋪粉厚度1.5mm，激光掃描速度0.8mm/s，激光電流為150A，激光脈寬為3.5ms，頻率是15Hz。三種涂層激光熔覆表面都比較粗糙，有

4、裂紋；多層涂層激光熔覆表面較單層的表面光滑，裂紋減少；而添加稀土組的裂紋最少，組織相對(duì)均勻。三種涂層截面都呈現(xiàn)表層粒狀等軸晶，中部樹(shù)枝晶或胞狀晶，底部帶狀晶。多層熔覆層較單層的的組織致密，而添加稀土熔覆層組織均勻致密。三種涂層生成相都主含CaTiO3，伴有TiO。添加稀土和多層熔覆層的TiO峰強(qiáng)明顯增多，多層熔覆的TiO峰強(qiáng)與CaTiO3峰強(qiáng)差距不大。在三種激光熔覆涂層表面進(jìn)行水熱合成都不同程度的制備出了HA涂層，單層涂層零星分布，多層

5、涂層管狀分布，而添加稀土組花瓣式密集分布。
　　(4)經(jīng)過(guò)不同方式預(yù)處理的鈦合金表面，都不同程度的提高了基體表面的耐腐蝕性。堿熱處理和激光熔覆處理對(duì)耐腐蝕性提高不大，但陽(yáng)極氧化提高明顯。堿液處理和激光熔覆處理后的鈦合金表面潤(rùn)濕性能提高，陽(yáng)極氧化處理后的鈦合金表面呈現(xiàn)疏水性，經(jīng)熱處理變親水性。三種方式得到的生物活性陶瓷涂層潤(rùn)濕性都很好，激光熔覆-水熱處理表面和堿熱處理-水熱合成表面完全潤(rùn)濕，電化學(xué)沉積表面接觸呈小角度27.8°。電沉

6、積組的附著力約為5N，堿熱處理-水熱合成組附著力約為0.3N，激光熔覆-水熱處理附著力約為1N，而激光熔覆組的生物活性陶瓷涂層的附著力能達(dá)到15N。
　　(5)經(jīng)陽(yáng)極氧化-電化學(xué)沉積制備的生物活性陶瓷涂層在模擬體液中浸泡后，具有很強(qiáng)的生物活性，鈣磷層球狀出現(xiàn)。堿熱處理后的試樣有很強(qiáng)的礦化能力，經(jīng)7天模擬體液培養(yǎng)后，鈣磷層在鈦試樣成片塊狀出現(xiàn)；水熱處理能提高堿熱處理試樣礦化能力，同樣是7天，針狀生物活性陶瓷涂層試樣鈣磷層能覆蓋整個(gè)表