文档介绍：分类号学号 M201070759
学校代码 10487 密级
硕士学位论文
钛合金表面激光熔覆生物陶瓷涂层
组织及性能的研究
学位申请人: 胡淑慧
学科专业: 材料工程
指导教师: 黄安国副教授
答辩日期: 2012 年 5 月 26 日
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering
Study on Microstructure and Properties of
Bioceramic Coatings by Laser Cladding
on the Surface of Titanium Alloy
Candidate : Hu Shuhui
Major : Material Engineering
Supervisor : Associate Prof. Huang An-guo
Huazhong University of Science and Technology
Wuhan, Hubei 430074, P. R. China
May, 2012
独创性声明
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日期: 年月日
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不保密□。
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学硕士学位论文
摘要
在钛合金基体上制备生物陶瓷涂层可以将生物陶瓷的稳定性、良好的生物活性
和金属的高强度、良好韧性结合在一起。含硅羟基磷灰石(Si-HA)和含氟羟基磷灰石
(FHA)因其成分与自然骨更为接近,能更有效地提高羟基磷灰石(HA)的生物活性并具
有更低的溶解度,已成为临床选用的主要的生物活性骨替换材料。激光熔覆技术由
于可以获得界面结合强度高、厚度可调等特殊性能的生物涂层,已成为生物陶瓷涂
层制备中前景很好的方法。本文以 HA+CaF2 和 HA+SiO2 作为原料,通过激光熔覆技
术在 TC4 钛合金表面制备 FHA 和 Si-HA 生物陶瓷涂层,为进一步研制满足临床性
能要求的人体植入材料积累数据。主要开展了以下几方面研究:
首先设计涂层粉末的组成和配比,并选择不同的工艺参数进行激光熔覆试验,
发现采用 CO2 激光器的最佳工艺参数是:激光输出功率 P=,扫描速度
V=200mm/min,光斑尺寸 D=15mm×2mm;采用光纤激光器的最佳工艺参数是:激
光输出功率 P=,扫描速度 V=720mm/min,光斑尺寸φ=6mm。
其次对陶瓷涂层的组织结构和力学性能进行了研究。结果表明:优化工艺参数
下制备的陶瓷涂层与基体之间实现了良好的冶金结合,由涂层表面至基体存在成分
梯度;涂层主要由 TiO2、CaO 等氧化物相,以及 Ca3(PO4)2、CaTiO3、Ca4Ti3O10、Ca2SiO4、
Ca3(PO4)2•xH2O 和 Ca5(PO4)3F 等陶瓷相组成;涂层表面出现絮状、短杆堆积状、蜂
窝状、层片状及类珊瑚状等多种微观形貌;激光熔覆后涂层的显微硬度明显提高。
最后通过模拟体液浸泡实验(SBF)初步探讨陶瓷涂层的生物活性,涂层表面有钙
磷相沉积表明涂层具备一定的生物活性。而相比矩形光斑,圆形光斑扫描的陶瓷涂
层可以更好的诱导钙磷相的沉积,这与 CO2 激光器和光纤激光器的光斑能量分布及
作用时间不同有关。
关键词:钛合金;激光熔覆;羟基磷灰石;含氟羟基磷灰石;含硅羟基磷灰石;生
物活性
I
华中