激光熔覆硅灰石陶瓷涂層摩擦磨損性能研究.pdf

1、硅灰石涂層不僅有較高的結(jié)合強(qiáng)度，而且還具有優(yōu)良的生物活性和生物相容性，被視為是潛在的骨替代材料。骨替代材料通常需要滿足一定的力學(xué)和生物學(xué)性能要求。硅灰石涂層植入生物體內(nèi)后，發(fā)生溶解和降解以誘導(dǎo)生成骨組織，但是其存在溶解速度過快問題。而且關(guān)于硅灰石涂層的磨損方面的力學(xué)性能目前研究的還較少。本文利用激光熔覆技術(shù)在鈦合金基體制備不同氧化鋯（ZrO2）含量(0wt.％、20wt.%和40wt.%)的硅灰石復(fù)合陶瓷涂層（分別標(biāo)號(hào)為 W10、W8Z

2、2和 W6Z4），并對(duì)涂層的組織結(jié)構(gòu)、生物活性、磨損性能等進(jìn)行研究。
　　(1)涂層結(jié)構(gòu)致密，無微觀的裂紋產(chǎn)生，涂層和基體實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合。涂層的微觀結(jié)構(gòu)主要是蜂窩狀和蜂窩-枝晶結(jié)構(gòu)，添加的ZrO2相使晶體的枝狀變的粗糙，并提高了涂層的顯微硬度和結(jié)合強(qiáng)度。W10涂層的主要成分由β-CaSiO3、CaTiO3,α-Ca2(SiO4)，SiO2，TiO2和CaO等構(gòu)成。W8Z2和W6Z4涂層中的ZrO2仍有部分是以四方相形式存在，

3、ZrO2和CaO反應(yīng)生成CaZrO3。
　　(2)通過Tris-HCl溶液浸泡測(cè)試涂層降解性能。在涂層中添加氧化鋯相，可以提高涂層的致密度，可以明顯降低涂層的降解率，七天后，可以使涂層的降解速率下降30%以上。SBF溶液浸泡試驗(yàn)探討了涂層的生物活性，涂層表面沉積的鈣磷層表明了涂層的生物活性。并對(duì)涂層表面磷灰石的沉積成核、生長(zhǎng)過程進(jìn)行了分析。但添加 ZrO2相會(huì)降低涂層的生物活性。
　　(3)利用磨損試驗(yàn)機(jī)研究了涂層磨損性能，

4、并對(duì)滑動(dòng)接觸過程中的應(yīng)力分布和變化進(jìn)行數(shù)值模擬分析。干摩擦情況下，涂層的摩擦系數(shù)隨著添加氧化鋯含量的增大而變大，磨損量變化呈現(xiàn)相反趨勢(shì)；W10和 W8Z2涂層磨損表面呈現(xiàn)出典型的疲勞剝落特征，W6Z4涂層磨損磨損機(jī)制為以犁溝效應(yīng)和磨粒磨損、粘著為主。而在牛血清潤(rùn)滑環(huán)境下，摩擦系數(shù)變化和磨損量隨著添加氧化鋯含量的增大而變大而降低，涂層表面出現(xiàn)犁溝痕跡。添加的氧化鋯增加涂層斷裂韌性和硬度，從而提高其抗磨損性能。載荷對(duì)涂層摩擦系數(shù)和磨損量產(chǎn)生