TC4合金表面激光原位合成Ti-Tix(B-C-Si)y系生物相容涂層的研究.pdf

1、生物相容性涂層材料兼容了金屬材料的優(yōu)良的力學(xué)性能和涂層材料的生物性能，被認(rèn)為是制備具有優(yōu)良的綜合性能的生物材料的最為有效的方法。但由于常規(guī)的生物涂層材料多是陶瓷材料，與金屬材料的熱膨脹系數(shù)相差甚大，且材料相容性較差，加之常規(guī)工藝方法制備的涂層與基材只有機(jī)械結(jié)合，導(dǎo)致涂層與基材之間的結(jié)合強(qiáng)度低，容易造成涂層開裂、剝落等缺陷，很難在金屬表面制備出滿足臨床應(yīng)用要求的生物涂層。而采用激光原位合成法是解決上述問題的有效的方法。
　　 本文

2、采用脈沖YAG激光原位合成工藝，在醫(yī)用TC4合金表面分別制備Ti/TiB、Ti/TiC及Ti/Ti-Si生物復(fù)合涂層。通過優(yōu)化工藝參數(shù)(電流、脈寬、頻率、掃描速率、預(yù)置涂層厚度等)制備出無裂紋、氣孔等缺陷，與基材呈冶金結(jié)合的復(fù)合涂層。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜（EDX）、X射線衍射（XRD）、摩擦磨損試驗(yàn)、電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)及細(xì)胞增殖試驗(yàn)分別對(duì)復(fù)合涂層的組織形態(tài)、相組成、增強(qiáng)相形成和生長(zhǎng)機(jī)理、耐磨性、耐蝕性及生物相容性進(jìn)行全面的研究

3、。
　　 Ti-B系涂層經(jīng)過激光熔凝后，熔凝層內(nèi)原位合成了Ti/TiB復(fù)合材料，組織形態(tài)呈胞狀晶和樹枝狀晶。隨著B含量的提高，復(fù)合層內(nèi)的TiB相含量提高，高導(dǎo)熱性的TiB相導(dǎo)致復(fù)合層內(nèi)組織形態(tài)由樹枝晶向胞狀晶發(fā)生轉(zhuǎn)變，硬度值由770HV0.1提高到1550HV0.1。
　　 Ti-C系涂層在激光熔凝后，復(fù)合涂層內(nèi)的TiC主要呈樹枝狀晶和少量的胞狀晶，隨著C含量的提高，合金粉末對(duì)激光的吸收效率提高，且原位合成反應(yīng)的放熱效應(yīng)

4、變的顯著，復(fù)合涂層的冷卻速度降低，復(fù)合涂層的顯微組織變的粗大且均勻，硬度測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合金粉末為67％C+33％Ti時(shí)，復(fù)合涂層的硬度最高，但其硬度分布不均勻，合金粉末為C時(shí)，復(fù)合涂層的顯微硬度次之，但硬度分布均勻。
　　 Ti-Si系涂層在激光熔凝后，復(fù)合涂層內(nèi)原位合成硅化物，當(dāng)Si的含量較低時(shí)，硅化物主要以Ti5Si3存在，硅的含量提高到一定程度復(fù)合涂層中出現(xiàn)有韌性相TiSi2，TiSi2的存在顯著改善了Ti5Si3的脆性。<

5、br>　　 磨損試驗(yàn)表明，經(jīng)B、C、Si分別合金化后的復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)顯著降低耐磨性較基材提高了4.35—28.89倍，基材的磨損表現(xiàn)為嚴(yán)重的粘著磨損，而復(fù)合涂層中有由于有硬質(zhì)相TiB、TiC及Ti5Si3的存在，磨損機(jī)制表現(xiàn)為磨粒磨損。電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)表明復(fù)合涂層以電偶腐蝕為主，由于TiB、TiC及Ti5Si3的電位較基材正，在腐蝕過程中，復(fù)合涂層中的Ti優(yōu)先發(fā)生腐蝕，而TiB、TiC及Ti5Si3受到保護(hù)，隨著復(fù)合涂層中TiB、T