氧化锆增强HA涂层的制备及其磨损性能

以钛合金为基底,采用等离子喷涂技术制备含30wt%ZrO_2的羟基磷灰石(HA)生物陶瓷复合涂层。观察了HA/ZrO_2复合涂层的微观形貌,采用UMT-3销盘摩擦试验机重点研究了在牛血清润滑环境中,该复合涂层在不同载荷和转速下的磨损性能,观察涂层磨损表面形貌,分析其磨损机理。结果表明:HA30涂层微观表面覆盖着针片状晶粒,结构致密、均匀。截面以无规则细小的气孔为主,并且ZrO_2中间过渡层分别与HA30涂层、基体的结合界面均实现良好的机械咬合。随着施加载荷的增大,HA30复合涂层的摩擦系数和摩损率都升高,磨损机理由微观剥落转化为剥落磨损。随着销盘转速的增加,涂层的摩擦系数减小,磨损率则是先减小后增加,涂层裂纹萌生、扩展直至最终形成凹坑。

羟基磷灰石涂层制备及失效研究进展

羟基磷灰石(HA)成分与人体骨和牙齿相近,植入人体后,其羟基(-OH)与骨细胞形成化学键结合,具有良好的生物活性和生物相容性。主要介绍了羟基磷灰石涂层的热喷涂、激光熔敷和复合技术制备方法及特点,在临床使用案例基础上,从涂层的力学性能及生物活性两个方面总结涂层失效的原因。针对制备涂层结合强度、生物活性、化学稳定性等内在问题,给出了可行的解决方案,为高性能的HA涂层的制备和应用提供参考。

基于实验模型的人工髋关节磨损仿真

利用优化的等离子喷涂工艺参数制备了HA/Zr O2复合涂层,根据均匀设计方法以及二次多项式逐步回归分析,并使用销盘摩擦试验机,建立涂层磨损率关于压力与速度的表达式。利用有限元理论结合磨损率模型的方法,对人工髋关节进行磨损仿真并探讨关节间隙对磨损的影响。通过对磨损率预测模型验证表明,该模型在较大范围内具有较好的预测效果。人工髋关节磨损仿真显示,随着磨损次数的增加,髋臼接触压力逐渐减小,而接触区域不断扩大;涂层的磨损体积近似呈线性增长,而线磨损量的增长速度由快到慢。同时,随着关节间隙的增大,髋臼的磨损体积减小,而最大磨损深度增加。

等离子喷涂羟基磷灰石涂层的增韧改性方法及磨损机理研究进展

纯的羟基磷灰石涂层(HA)脆性大、强度低、耐磨性较差,难于达到在人体负重部位使用的力学要求。因此制备增韧HA复合涂层材料,增加其耐磨性和机械强度,是硬组织植入材料今后发展的一个重要方向。本文介绍了等离子喷涂羟基磷灰石(HA)涂层的增韧改性研究进展及磨损机理,并叙述其存在的问题。

激光熔覆生物陶瓷涂层物相分析

用激光熔覆技术在预涂敷于钛合金(TC4)表面的CaCO3和CaHPO4·2H2O以及Ti粉经两次激光熔覆及适当热处理制备了生物陶瓷涂层。通过X射线衍射(XRD)分析可得:过渡层涂层成分主要为CaTiO3,未热处理的陶瓷层成分主要为磷酸四钙(TTCP),热处理陶瓷层涂层主要物相为羟基磷灰石(HA)。研究工艺参数、热处理以及混合粉末配比对涂层物相组成的影响研究可知:工艺参数激光功率对涂层物相的影响大于扫描速度;800℃热处理4h并随炉冷却可以有效提高涂层HA含量;Ca/P2.00配比的混合粉末所制备的涂层HA含量最高。

牛血清环境下等离子喷涂ZrO_2增强羟基磷灰石涂层的摩擦磨损性能

为了研究ZrO_2增强羟基磷灰石(HA)复合涂层在牛血清润滑环境下的摩擦磨损性能,首先,采用等离子喷涂技术在钛合金基体上制备了ZrO_2含量分别为0、15wt%和30wt%的HA生物陶瓷涂层;然后,分析了ZrO_2/HA复合涂层的物相成分和结合强度;最后,采用UMT-3销盘摩擦试验机研究了ZrO_2/HA复合涂层在牛血清润滑环境下的摩擦磨损性能,观察涂层磨损表面微观形貌并分析了磨损机制。结果表明:HA涂层的主要物相为HA,15wt%ZrO_2/HA复合涂层和30wt%ZrO_2/HA复合涂层中的ZrO_2以立方相形式存在,并且衍射峰强度高于HA的。随着ZrO_2含量增大,涂层的结合强度明显增大。ZrO_2/HA复合涂层与纯HA涂层相比,有更好的耐磨性和更低的摩擦系数。纯HA涂层的磨损机制以犁沟效应和磨粒磨损为主,而15wt%ZrO_2/HA复合涂层和30wt%ZrO_2/HA复合涂层的磨损机制为脆性剥落磨损。