论文部分内容阅读
羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)的化学组成和晶体结构与人体的牙齿和骨骼相似，具有优良的生物活性，是一种较好的陶瓷生物材料。但羟基磷灰石强度低韧性差，限制了它的应用。采用涂层制备技术是应用羟基磷灰石的一种有效方式。常规等离子喷涂HA涂层较为成熟，但由于等离子射流温度高，使HA容易分解，形成非晶相，导致涂层的结晶度和生物稳定性低。近年来发展的微束等离子喷涂由于功率低，制各的HA涂层结晶度高、生物稳定性好，但相关研究较少。本课题采用微束等离子喷涂技术在Ti-6Al-4V基体上制备HA扁平粒子和涂层，研究喷涂工艺参数对HA扁平粒子和涂层性能的影响。采用模拟体液浸泡试验研究HA扁平粒子的生物活性。具体研究结果如下: 微束等离子喷涂制备的HA扁平粒子的形貌主要有两种:扁平状和溅射状。HA扁平粒子形貌受到喷涂距离、喷涂电流和粉末粒径等工艺参数的影响。在40A电流下，喷涂距离为60mm时，主要呈溅射状，少量是圆盘状。而在70、80、90、100mm喷涂距离下扁平粒子基本上呈圆盘状，只有少量呈溅射状。粒子在飞行过程中存在一个先加速后减速，先升温后降温的过程。70mm喷涂距离下，温度和速度最高，相对于100、90、80、60mm来说，扁平粒子宽度平均值最大，扁平效果更好，扁平率更好。电流为35A时，主要呈溅射状，部分呈圆盘状。而在40、45、50A喷涂电流时扁平粒子基本上呈圆盘状，几乎没有溅射状。研究结果发现40A下宽度最高，而且高度最低，表明在70mm喷涂距离下，40A电流扁平效果更好。并不是电流越大扁平效果越好。45-63μm粉末粒径的扁平程度最高，25-38μm粉末粒径次之，38-45μm最低。说明在此工艺下，粉末粒径和扁平程度并不存在线性关系。 喷涂距离、喷涂电流和粉末粒径等喷涂工艺参数影响微束等离子喷涂HA涂层的结构和相组成。HA涂层主要是由HA晶相、少量α-TCP(Ca3(PO4)2)和β-TCP(Ca3(PO4)2)以及少量非晶相等组成。微束等离子喷涂的HA涂层不含杂质相CaO等。微束等离子喷涂功率低、粒子速度低，使粒子在束流中的停留时间长，有利于粒子温度梯度降低的特性是杂质含量少的原因。在60-100mm喷涂距离范围内，随着喷涂距离的增大，结晶度依次降低。60mm喷涂距离下未完全熔化HA颗粒较多是其结晶度较大的原因之一。