激光熔覆HA生物陶瓷涂層制備及其性能分析.pdf

1、人體硬組織替換材料包括金屬材料、高分子材料和陶瓷材料，其中陶瓷材料中的羥基磷灰石被視為首選的生物材料，但較低的斷裂韌性限制了其在人體承載部位的應(yīng)用。在金屬基表面通過(guò)表面改性技術(shù)制備獲得生物陶瓷涂層，能夠較好地結(jié)合金屬良好的綜合力學(xué)性能，使其具有廣泛的應(yīng)用前景和實(shí)際可操作性。
　　本文著重研究利用碳酸鈣(CaCO3)和二水磷酸氫鈣(CaHPO4·2H2O)為原料在TC4表面以預(yù)置粉末方式激光熔覆原位合成HA生物復(fù)合陶瓷涂層。通過(guò)關(guān)鍵

2、化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)熱力學(xué)分析和熔覆過(guò)程溫度場(chǎng)數(shù)值模擬分析，指導(dǎo)激光熔覆HA復(fù)合涂層工藝參數(shù)的選擇;而生物陶瓷涂層制備則采用兩次不同工藝參數(shù)的激光熔覆分別獲得過(guò)渡層和陶瓷層，并經(jīng)適當(dāng)?shù)暮筇幚砉に囂岣咄繉親A含量。本文的主要工作和成果如下:
　　1.利用CaHPO4.2H2O和CaCO3作為原料激光熔覆合成HA以及主要雜質(zhì)相的關(guān)鍵反應(yīng)熱力學(xué)分析表明，當(dāng)溫度小于1500K時(shí)，合成HA反應(yīng)的ΔG小于0，滿(mǎn)足生成HA物質(zhì)熱力學(xué)條件。
　　

3、2.利用ANSYS軟件，針對(duì)在TC4基體表面以預(yù)置粉末方式激光熔覆制備生物陶瓷過(guò)渡層的特點(diǎn)，對(duì)熔池形貌和尺寸進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并與熔覆試樣截面對(duì)比驗(yàn)證。探討分析了工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)、熔池深度和形貌的影響，預(yù)置層厚度與工藝參數(shù)選擇的關(guān)系，從而有效指導(dǎo)過(guò)渡層激光熔覆實(shí)驗(yàn)參數(shù)的確定。
　　3.以預(yù)置粉末方式供給由CaCO3和CaHPO4.2H2O混合粉末以及Ti組成的前驅(qū)體粉末，采用兩次不同工藝參數(shù)激光掃描，分別熔覆了過(guò)渡層和陶瓷層，從而獲

4、得了基體與過(guò)渡層、過(guò)渡層與陶瓷層結(jié)合緊密的生物梯度涂層，并以涂層物相組成、表面形貌和截面形貌為指標(biāo)，對(duì)熔覆工藝參數(shù)、預(yù)置粉末鈣磷原子配比以及熱處理對(duì)涂層的影響進(jìn)行了分析研究。
　　4.通過(guò)利用CaCO3和CaHPO4.2H2O混合粉末以及Ti粉作為原料在鈦合金表面兩次不同工藝參數(shù)激光熔覆以及適當(dāng)熱處理，獲得了結(jié)合性能好、表面HA含量高的生物陶瓷梯度涂層，有助于加快激光熔覆技術(shù)在鈦合金基體表面涂敷HA生物陶瓷涂層領(lǐng)域研究應(yīng)用的步伐。