【摘要】：以80%CaHPO_4·2H2O和20%CaCO_3混合粉末為涂層原材料,以碳納米管作為陶瓷涂層的增韌相,i LS-YC-30ANd:YAG激光器進行激光熔覆,在鈦合金表面制備碳納米管增強的羥基磷灰石生物陶瓷復(fù)合涂層。本文探討了原料粉末配比、激光功率、掃描速度等條件對涂層生成物相的影響規(guī)律,并對該涂層材料的機械和生物學(xué)性能進行評價。(1)原材料混合粉末的制備。首先對碳納米管進行純化和分散處理,將CNTs、CaHPO_4·2H2O和CaCO_3按比例進行混合和干燥,制備出陶瓷涂層原材料;以同樣的方法將鈦粉和CaHPO_4·2H2O、CaCO_3混合粉末以1:1的比例進行混合,再添加碳納米管,制備出過渡層,對混合粉末進行初步表征。觀察混合粉末的掃描電鏡圖片發(fā)現(xiàn),碳納米管濃度較低時,含量太少,觀察不明顯;高于15%后,碳納米管開始團聚;濃度為10%時,碳納米管與原材料粉末的結(jié)合程度最好。(2)激光熔覆制備生物陶瓷涂層的工藝研究。對不同工藝參數(shù)下生物陶瓷涂層的宏觀形貌、物相、組織結(jié)構(gòu)等進行分析,確定最佳激光熔覆工藝參數(shù)。實驗發(fā)現(xiàn),只有在輸出功率在600-1500W,掃描速度在1-4mm/s時,才能制備出外觀質(zhì)量合格的激光熔覆層。當(dāng)掃描速率為1mm/s、激光功率為600W時,羥基磷灰石開始出現(xiàn),隨著激光功率的提升,羥基磷灰石的含量逐漸增加;當(dāng)激光功率升至900-1100W時,羥基磷灰石成為主相;當(dāng)激光功率達到1200 W后,羥基磷灰石含量逐漸減少,焦磷酸鈣逐漸增加,且熔覆層開始出現(xiàn)燒損。在本實驗條件下最佳工藝參數(shù)為:掃描速度V=1 mm/s,激光功率P=1000W,光斑直徑D=4 mm。(3)生物陶瓷復(fù)合涂層力學(xué)性能及耐蝕性的研究。對生物陶瓷復(fù)合涂層的顯微硬度、結(jié)合強度、拉伸強度、彎曲強度、彈性模量及耐蝕性進行測試與分析,發(fā)現(xiàn)碳納米管對生物陶瓷涂層力學(xué)性能的增強作用明顯。涂層的顯微硬度提高明顯,最高可達885MPa,涂層與基體的結(jié)合強度在42.0MPa以上,拉伸強度為888.2MPa,彎曲強度為443.0MPa,彈性模量為146.76GPa。耐蝕性測試實驗表明,生物陶瓷復(fù)合涂層在三種溶液中均表現(xiàn)出良好的耐蝕性,涂層表面沒有明顯的腐蝕產(chǎn)物附著特征。(4)生物陶瓷復(fù)合涂層生物學(xué)性能的研究。在模擬體液中浸泡后的生物陶瓷復(fù)合涂層表面有類骨磷灰石形成,具有良好的生物活性與生物相容性。由此可見,利用激光熔覆技術(shù)在鈦合金表面制備碳納米管增強的生物陶瓷復(fù)合涂層與基體間形成了冶金結(jié)合,具有較好的機械性能和生物學(xué)性能,是一種前景廣闊的生物硬組織替代材料。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.453

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本文編號：2422880