羥基磷灰石（HA）/鈦（Ti）金屬生物陶瓷涂層綜合了HA優(yōu)異的生物活性與Ti金屬良好的力學(xué)性能,已成為一類(lèi)重要的人工骨植入材料。但在應(yīng)用中存在著界面結(jié)合強(qiáng)度不高、HA從基體中脫落的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題,論文基于有限元分析,模擬涂層應(yīng)力場(chǎng)變化,優(yōu)化涂層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用激光熔覆法制備HA/Ti梯度生物涂層,分析梯度涂層的形貌、結(jié)構(gòu)和成分,測(cè)定其阻抗性和界面力學(xué)性能,以期提高涂層與基體間的界面結(jié)合強(qiáng)度,并保障其生物相容性。利用有限元軟件ADINA模擬涂層應(yīng)力場(chǎng)分布,對(duì)HA/Ti涂層的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),包括涂層的厚度、成分梯度等,以便得到性能連續(xù)變化的生物梯度涂層,緩和涂層內(nèi)部及界面處的殘余應(yīng)力。結(jié)果表明,在厚度相同條件下,從單層純HA涂層,至雙層、多層梯度涂層界面區(qū)域應(yīng)力值變化越來(lái)越緩,涂層應(yīng)力值隨層數(shù)的增加而降低,與純HA涂層相比,HA/HT/T梯度涂層應(yīng)力與表面應(yīng)力分別降低了59 MPa和84.2 MPa;而在相同梯度涂層中,涂層內(nèi)部應(yīng)力及表面應(yīng)力隨涂層厚度的增加而增加。實(shí)驗(yàn)優(yōu)選了梯度涂層（HA/HT/T涂層）的設(shè)計(jì)方案,由表面到基底層的成分依次為:HA、50 wt%TiO2加50 wt%... 

【文章來(lái)源】：石家莊鐵道大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 醫(yī)用金屬材料研究現(xiàn)狀
        1.2.2 HA/鈦金屬生物活性陶瓷涂層研究現(xiàn)狀
        1.2.3 HA/鈦金屬涂層的制備方法概述
        1.2.4 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域中存在的問(wèn)題
    1.3 論文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
        1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容
        1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 有限元模擬HA/鈦金屬梯度涂層應(yīng)力場(chǎng)分布
    2.1 引言
    2.2 材料和方法
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及軟件條件
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图皡?shù)確定
        2.2.3 HA/鈦金屬涂層熱應(yīng)力場(chǎng)模擬過(guò)程
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 涂層熱應(yīng)力分布模擬結(jié)果
        2.3.2 HA涂層梯度結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 HA/鈦金屬梯度生物涂層的激光熔覆法制備
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料及來(lái)源
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        3.2.3 HA粉體的制備
        3.2.4 鈦金屬基體的前期預(yù)處理
        3.2.5 預(yù)置涂層法制備HA/鈦金屬涂層實(shí)驗(yàn)過(guò)程
        3.2.6 同軸送粉法制備HA/鈦金屬涂層實(shí)驗(yàn)過(guò)程
        3.2.7 激光熔覆HA涂層后期熱處理工藝
    3.3 涂層的表征和性能測(cè)定
        3.3.1 涂層的SEM形貌
        3.3.2 組織結(jié)構(gòu)測(cè)定
        3.3.3 元素成分分析
        3.3.4 電化學(xué)交流阻抗分析
        3.3.5 涂層表面物相測(cè)定
        3.3.6 涂層與基體界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定
    3.4 結(jié)果與討論
        3.4.1 鈦金屬基體預(yù)處理結(jié)果
        3.4.2 預(yù)置涂層法制備HA/鈦金屬涂層宏觀形貌
        3.4.3 預(yù)置涂層法制備HA/鈦金屬涂層的形貌及微區(qū)元素分析
        3.4.4 預(yù)置涂層法制備HA/HT/T涂層的交流阻抗分析
        3.4.5 預(yù)置涂層法制備HA/鈦金屬涂層缺陷分析
        3.4.6 同軸送粉法制備HA/鈦金屬涂層宏觀形貌
        3.4.7 同軸送粉法制備HA涂層微觀組織形貌及微區(qū)元素分析
        3.4.8 同軸送粉法制備的HA/HT/T梯度涂層交流阻抗分析
        3.4.9 同軸送粉法制備的三種涂層表面形貌及元素對(duì)比分析
        3.4.10 同軸送粉法制備的三種涂層交流阻抗分析
        3.4.11 X光電子能譜分析
        3.4.12 HA/鈦金屬涂層的XRD分析
        3.4.13 HA/鈦金屬涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果
        3.4.14 工藝條件對(duì)涂層結(jié)構(gòu)、性能的影響規(guī)律
        3.4.15 涂層結(jié)構(gòu)對(duì)涂層界面結(jié)合強(qiáng)度影響機(jī)理分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 HA/鈦金屬梯度涂層的生物相容性研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器及試劑
        4.2.2 HA涂層材料與模擬體液相互作用實(shí)驗(yàn)步驟
        4.2.3 細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)方法步驟
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 模擬體液實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論
        4.3.2 HA/HT/T涂層成纖維細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄
個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間參加的項(xiàng)目及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Nd2O3稀土氧化物在生物活性梯度陶瓷涂層中的作用[J]. 汪震.  科技信息. 2013(22)
[2]真空等離子噴涂HA/Ta復(fù)合涂層[J]. 黃利平,謝有桃,季珩,趙君,鄭學(xué)斌.  熱噴涂技術(shù). 2013(02)
[3]亞音速火焰噴涂HA/BG仿生生物涂層[J]. 莊明輝,李慕勤,尹柯.  中國(guó)表面工程. 2013(01)
[4]熱噴涂生物陶瓷涂層的研究進(jìn)展[J]. 鄭學(xué)斌,謝有桃.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2013(01)
[5]生物活性陶瓷涂層材料的制備及研究進(jìn)展[J]. 林雪,郝建軍,劉麗愉.  電鍍與精飾. 2012(04)
[6]HAF/YSZ梯度復(fù)合涂層的制備及結(jié)構(gòu)和性能[J]. 李素敏,張芹,趙玉濤,笪祖林,劉曉燕,張釗.  中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù). 2011(47)
[7]純鈦表面微量元素協(xié)同摻雜仿生復(fù)合涂層的制備與表征[J]. 王銀海,陳曉怡,楊賢燕,茍中入.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2011(11)
[8]Sol-gel Derived TiO2-Bioactive glass-Hydroxyapatite Bioactive Coating on Titanium Alloy Substrate[J]. ZHAO Kang1,,LUO Defu1,2,TANG Yufei1,and ZHANG Dawei3 1 School of Materials Science and Engineering,Xi’an University of Technology,Xi’ an 710048,China 2 School of Materials Science and Engineering,Xihua University,Chengdu 610039,China 3 Library of Xi’ an Polytechnic University,Xi’an 710049,China.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2010(02)
[9]激光熔覆鈦基生物陶瓷涂層的制備及其界面研究[J]. 鄭敏,樊丁,李秀坤,張建斌,劉其斌.  稀有金屬材料與工程. 2009(11)
[10]鈦合金表面生物活性涂層的發(fā)展歷程及趨勢(shì)研究[J]. 劉世敏,周宇.  材料工程. 2009(07)

博士論文
[1]鎂合金和鈷鉻合金表面涂層的生物功能化研究[D]. 楊靜馨.清華大學(xué) 2011

碩士論文
[1]鈦合金表面激光熔覆生物陶瓷涂層組織及性能的研究[D]. 胡淑慧.華中科技大學(xué) 2012
[2]磁控濺射技術(shù)制備Ti6Al4V基HAF/YSZ梯度復(fù)合涂層及其性能表征[D]. 劉曉燕.江蘇大學(xué) 2008



本文編號(hào)：2903007