镍钛合金生物活性涂层制备及界面强化

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1、硕士论文镍钛合金生物活性涂层的制备及界面强化摘要在NiTi合金表面制备生物活性羟基磷灰石(HA)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、良好的韧性结合在一起。等离子喷涂由于其操作简便，成为现今制备HA涂层使用较普遍的方法。但涂层界面结合状况差、结晶度低、涂层组织粗大以及HA的分解严重，将导致涂层的脱落和植入后涂层表面的溶解，从而降低植入体的使用寿命。本研究利用激光气体氮化技术在NiTi合金表面制备TiN枝晶表层，采用等离子喷涂技术和脉冲激光沉积的方法在激光氮化的NiTi合金表面制备HA涂层，并对涂层的微观组织结构、涂层与基体

2、的界面结构特征和界面结合强度进行了研究。主要研究结果如下：利用激光气体氮化技术实现了对NiTi合金的表面改性，氮化区的显微硬度较基体合金大幅提高，同时使NiTi合金的耐磨性和耐腐蚀性能得以改善。利用激光气体氮化技术和选择性腐蚀技术可在NiTi合金表面制备具有桁架结构的3．DTiN枝晶表层。研究发现：基体表面形貌是影响涂层与界面结合强度的重要因素。用等离子喷涂方法在激光气体氮化试样表面制备的HA涂层与基体的结合强度有很大的提高，分别是喷砂试样、抛光试样与涂层结合强度的1．8倍和3．8倍，TiN枝晶对涂层具有显著的钉扎效应。在Hank’s溶液中浸泡

3、两周后，涂层与基体界面结合强度会有所下降，但是结合强度仍能达到26MPa，远大于涂层与其它试样的结合强度。涂层与基体的断裂是层内断裂和涂层与基体界面断裂的混合形式．对脉冲激光沉积方法(PLD)制备的高结晶度HA涂层进行初步研究发现，PLD沉积的HA膜层致密、均匀、与基体紧密结合。激光气体氮化形成的TiN为HA颗粒的沉积提供了形核的核心，在TiN枝晶上有大量的HA颗粒沉积，其Ca／P比接近靶材的C棚比。关键词：等离子喷涂，脉冲激光沉积，激光气体氮化，镍钛合金，HA涂层Abstract硕士论文ToprepareHAcoatingonNiTiallo

4、yisabletocombinethestabilityandbioactivityoftheceramicwithhighstrengthandtheexcellentmechanicalpropertiesofmetallicalloy．PlasmasprayingisthemostwidelymethodtoprepareHAcoatingduetoitssimpleoperation．Butplasmasprayinghassomedisadvantages，suchas，poorinterfacialadherence，lowcras

5、tallinity,coarsetissueandservedecompositionofHA．ThoseCanresultinabscissionofcoatinganddissolutionofcoatingsurfaceinbody,whichleadtodecreasethelifespanofimplante．Lasergasnitridingtechnique(LGN)WasusedtoprepareTiNlayerontheNiTialloy．Then，aHAcoatingwasproducedonLGN-NiTiusingpla

6、smasprayingandpulselaserdeposition．Thepolishedsubstrateand鲥tblastedwerechoosetocompare．Thesurfacemorphologyofthecoating，phasecompositionandinterfacialstructurebetweenthecoatingandthesubstratewereinvestigated．Themainresearchcontentsandconclusionareasfollows：LasergasnitridingC

7、aninduceaTiNlayeronNiTialloywithexcellentweal"andcorrosionresistance，andthemicrohardnessofnitridingareawasgreatlyimproved．3D—TiNdendriteswithtrussstructurecouldbepreparedonNiTialloybylasergasnitridingandselectivityetching．ThebondingstrengthbetweencoatingandLGNsubstrateWasimp

8、rovehighly,whichwasThebondingstrengthbetweencoatingandetchedLGNsubstrateisa