等離子噴涂HA復合涂層工藝參數優(yōu)化與殘余應力分析.pdf

1、鈦合金（Ti-6Al-4V）基體上附著具有生物活性的羥基磷灰石（HA）涂層，綜合利用基體的強度和HA涂層的生物活性，被認為是最具應用前景的承重骨替換材料。金屬基體和HA物理和化學性能的差別，造成涂層和基體結合強度低，是影響這類材料廣泛應用的主要原因。本文對鈦合金基體等離子噴涂HA復合涂層的結合強度進行研究。對影響HA復合涂層結合強度的主要工藝參數進行均勻設計試驗，得出噴涂HA頂層的優(yōu)化工藝參數；對不同厚度的HA復合涂層進行結合強度、顯微

2、硬度以及孔隙率對比分析，并采用ANSYS軟件對涂層殘余應力進行分析模擬。
　　 鈦合金基體上等離子噴涂HA頂層的關鍵噴涂工藝參數：噴涂距離、噴涂電流、主氣流量、輔氣流量作均勻試驗。對試驗結果進行回歸分析，利用DPS得到的回歸方程為：Y=66.9-0.797X1+0.27X24+0.00041X1X2+0.0139X1X3-0.159X3X4式中：X1為噴涂距離；X2為噴涂電流；X3為主氣流量；X4為輔氣流量。
　　 根據

3、它們的相關系數，得出各參數對HA復合涂層結合強度Y的影響大小依次是：X3X4>X1X2>X24>X1>X1X3。
　　 采用優(yōu)化后的工藝參數噴涂HA復合涂層，測得結合強度為40.5MPa、顯微硬度為4.5GPa、孔隙率為7％。涂層各方面性能均比優(yōu)化前有了較大幅度的提高。
　　 系統(tǒng)地研究了HA復合涂層結合強度、顯微硬度、孔隙率與厚度的關系，研究結果表明：涂層厚度增加，結合強度減小；涂層厚度增加，顯微硬度隨之減小；涂層厚度

4、增加，孔隙率增加。
　　 建立了模擬HA復合涂層殘余應力的數學模型，通過模擬得出：HA頂層與ZrO2粘結層界面處的徑向應力，隨著徑向尺寸的增加，由中心區(qū)域較大的壓應力向拉應力轉變。剪切應力在中心區(qū)域附近很小幾乎為零，但在外圍部分剪切應力迅速增大，最大值出現在界面的邊緣。軸向應力，在中心區(qū)域附近為微小拉應力，隨著半徑的增大，拉應力迅速轉化為壓應力。
　　 改變涂層厚度可以改變界面應力水平，但不改變各應力的分布形態(tài)。50％H