激光熔覆MgO-HA涂層及其性能研究.pdf

1、Ti-6Al-4V是一種常用的生物醫(yī)學(xué)材料，常被用作骨釘、接骨板以及其他硬骨組織替代材料。然而，鈦合金是一種生物惰性金屬，表面生物活性及耐腐蝕性不理想，從而限制了其進一步的應(yīng)用。為此，本論文利用激光熔覆技術(shù)，在其表面制備MgO替代的HA涂層，以其改善鈦合金表面活性及耐腐蝕性能。
　　首先，對激光熔覆工藝進行了系統(tǒng)的研究。通過大量對比實驗，確定了最優(yōu)化的熔覆工藝:電流為80A、脈寬為2.0ms、頻率為20Hz、掃描間距為0.4mm、

2、掃描速度為500mm/min，離焦量為25～30mm。在此熔覆工藝下，對不同MgO的含量的熔覆層的物相、形貌以及金相組織等進行了分析和觀察。實驗結(jié)果表明，熔覆層內(nèi)主要物相為Ca3HP4O14、Mg3(PO4)2、Ca3Mg3(PO4)4、MgO、CaTiO3及TiOx。隨著MgO含量的增大，CaTiO3的相對含量呈先增大后減小的趨勢，Mg3(PO4)2的相對含量則逐漸增大，Ca3Mg3(PO4)4的相對含量表現(xiàn)出減小的趨勢，而Ca3HP

3、4O14的相對含量幾乎保持不變。MgO的含量從16.71Wt.％增長到37.57Wt.％時，熔覆層平均晶粒尺寸逐漸減小，當含量大于37.57 Wt.％時，平均晶粒尺寸幾乎不變。
　　激光共聚焦結(jié)果表明，當MgO的含量小于37.57Wt.％時，樣品表面較平整，而當MgO的含量大于37.57Wt.％時，樣品表面比較粗糙。粗糙度呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，當MgO的含量為37.57Wt.％，粗糙度最大，其值為39.85μm。金相分析結(jié)果

4、顯示，組織區(qū)域主要分為熔覆層、熱影響區(qū)和基底，基底與熔覆層具有良好的冶金結(jié)合。對熔覆層樣品橫截面的顯微硬度進行測試，結(jié)果表明，隨著MgO含量增大，熔覆層內(nèi)的顯微硬度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當MgO含量為44.52Wt.％時，熔覆層的顯微硬度達到最大值，值為1082HV0.2。
　　對不同含量的HA/MgO熔覆層的表面潤濕性進行了研究。表面能計算結(jié)果表明，隨著MgO含量的增大，表面能呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，說明隨著MgO含量的增大，熔覆

5、層的潤濕性能逐漸降低。當MgO的含量為16.71Wt.％時，熔覆層的表面能最大，為62.9mJ/m2，從而說明MgO的替代含量為16.71Wt.％時，獲得的熔覆層潤濕性能最佳。各熔覆層與SBF溶液之間的接觸角結(jié)果也進一步證實了這一點。
　　采用SBF溶液浸泡實驗，對各熔覆層的體外活性進行了研究。XRD結(jié)果表明，在SBF溶液中浸泡6天后，含有MgO的樣品的表面均有CaP沉積層衍射峰出現(xiàn)，隨著MgO含量增加，CaP沉積層衍射峰的相對峰

6、強先逐漸增大后減小，當MgO的含量達到28.67Wt.％時，其衍射峰相對強度最大，表明當MgO含量低于28.67Wt.％時，MgO替代有利于HA的沉積，當MgO含量高于28.67Wt.％時，MgO替代不利于HA的沉積。結(jié)合UV-vis結(jié)果，進一步證明CaP沉積層中OH-含量較少，大部分為PO43-。熔覆層在SBF溶液中浸泡后，表明CaP沉積層的形貌為魚鱗狀，EDS結(jié)果顯示，隨著MgO含量增加，沉積層中Ca/P原子比呈現(xiàn)降低的趨勢。