微束等离子喷涂羟基磷灰石涂层性能的研究

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1、摘要羟基磷灰石(HA)由于其良好的生物活性，被广泛的用作生物医用金属植入体表面涂层材料。微束等离子喷涂技术(MPS)应用在生物活性涂层的制备上是近年来新发展起来的，相关的研究还很少。本文采用微束等离子喷涂的方法在Ti6A14V基体上制备HA涂层，并与大气等离子喷涂(APS)的HA涂层相对比。应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等测试方法对HA涂层的组织和常规性能进行分析，研究喷涂工艺参数对涂层性能的影响。采用热处理试验研究涂层的性能变化规律，采用模拟体液(HBSS)试验来评价涂层的生物活性。本文研究成果如下：1．微束等离子喷涂HA涂层的显微结构和相组成受喷涂距离、喷涂电流

2、、气流量等工艺参数的影响。单一减少喷涂距离、喷涂电流或增加气流量均能导致颗粒熔化增加，涂层的结晶度升高，杂质相含量降低。涂层结晶度可大于90％。微束等离子喷涂的HA涂层不含杂质相CaO、TTCP等，微束等离子的本身特点功率低、喷涂速度低是主要原因。而大气等离子喷涂HA涂层含有CaO、TTCP等杂质相。2．MPS涂层经过热处理后结晶度明显的提升，涂层的结晶度随着保温温度的提高而增大，涂层的非晶相和杂质相发生向HA转化。羟基和磷酸根的完整性得到了恢复。这与大气等离子喷涂层的规律一致，APS涂层中杂质相CaO并没有转化。涂层发生了形核并生长扩散的过程，随着温度的提高，涂层的平均晶粒尺寸有所增大

3、。涂层的热处理温度在600--700"C，保温3小时较为合适。3．利用微束等离子喷涂通过调节喷涂距离成功地制备了适应植入体涂层快速形成类骨磷灰石和保持稳定性双重要求的生物活性功能梯度涂层，底层结晶度高择优取向强，顶层结晶度低。4．在模拟体液中，MPS制备的功能梯度涂层有良好的生物活性，表面能够沉积一层类骨磷灰石，这与APs涂层类似。关键词微束等离子喷涂；大气等离子喷涂；羟基磷灰石；结晶度；功能梯度涂层ABSTRACTHydroxyapatite(HA)iswidelyusedassul吨ae,ecoatingsonbiomedicalmetallicimplantsbecauseofit

4、sgoodbioactivity．Bioactivecoatingismadebymicroplasmaspraying(MPS)technologyinrecentyears，andrelativestudyonitisseldom．HAcoatingsweredepositedontoTi6A14Vsubstratebymicroplasmaspraying(MPS)aswellasbyatmosphericplasmaspraying(APS)inthisresearch．Scanningelectronmicroscopy(SEM)andenergy-dispersiveanal

5、ysis(EDS)andX-raydiffraction(XRD)analysisareusedtoinvestigatethestructureandpropertiesofHAcoatings．Therelationshipbetweensprayingparmnetersandpropertiesisstudied．Heattreatmentexperimentruleisalsodiscussed．HBSSincubationexperimentisusedtoanalyzethecoatingbioaetivity．Resultsareasfollows．1，Microstru

6、ctureandphasesofmieroplasmasprayingHAcoatingsareinfluencedbysprayingdistance,currentandgasflowrate．Thedecreaseofcurrent，sprayingdistanceandincreasegasflowratecouldincreasethecrystallinitywhichcouldexceed90％withadecreaseoftheimpurities．TheimpuritiesonlyincludeTCPwithoutCaOorTTCPwhicharcincludedinA

7、PScoatings．andsmallpower,lowsprayingspeedandpureArmaybethemainreasoR．2．AfterheattreatmentthecrystallinityofMPScoatingsincreaseclearlywhichincreasewitlltemperaturerising．andamorphousphaseandimpuritiesconverttoHA．OH。andP