發(fā)布時間：2018-07-27 18:45

【摘要】：全球人口的增長以及人口老齡化趨勢的增大,還有交通、自然災(zāi)害等意外事故的頻頻發(fā)生,骨骼移植或者替換需求量與日俱增。在人們已經(jīng)研究出的各種生物骨材料中,金屬以及金屬基生物材料憑借優(yōu)良的力學(xué)性能,在臨床植入領(lǐng)域受到廣泛的青睞。近年來,隨著激光直接沉積成形技術(shù)的發(fā)展,利用激光直接沉積成形方法制備生物骨材料成為了前沿性研究課題之一。鈦合金、鈷鉻合金因具有生物骨材料的基本特性,成為激光表面處理與直接沉積成形研究的重要材料。本研究利用半導(dǎo)體激光器采用激光直接沉積技術(shù)制備了以TC4為基體的Ti基生物骨涂層和Co-Cr基生物骨涂層以及在Q235鋼板上沉積成形制備了高厚層鈷鉻復(fù)合材料,采用金相、掃描電鏡、透射電鏡、XRD、硬度、摩擦磨損和電化學(xué)等分析手段,對實驗制備的樣品的組織結(jié)構(gòu)、性能及其制備機(jī)理等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明：Ti基生物骨涂層優(yōu)化后的沉積工藝參數(shù)為,功率1500W、掃描速度300mm/min、光斑尺寸7.18mm×4.30mm,該工藝參數(shù)制備的梯度涂層開裂情況最小。涂層頂部陶瓷區(qū)組織疏松,有孔隙均勻分布于表面,有利于骨組織的長入；涂層中含有HA、CaTiO3、 Ca3(PO4)2等生物陶瓷相存在,涂層頂部硬度高達(dá)1900HV。Co-Cr基生物骨梯度涂層優(yōu)化出的沉積工藝參數(shù)為,優(yōu)化功率1400W,掃描速度440mm/min,光斑尺寸7.6mm×4.5mm,第二梯度層中Zr02的優(yōu)化含量為2%,第三梯度層中Zr02優(yōu)化含量為3%,梯度涂層厚達(dá)3mm左右,具有良好的強韌性；涂層中主要含有CaTiO3、Co2Ti4O和Ti03等生物陶瓷相,涂層頂部硬度可達(dá)1500HV左右。激光直接沉積成形制備出了厚度達(dá)到7mm的鈷鉻復(fù)合生物材料,發(fā)現(xiàn)Y203加入具有消除激光成形裂紋、影響α-Co和ε-Co之間的轉(zhuǎn)變和細(xì)化組織的明顯作用。當(dāng)添加2wt.%的Y203時成功消除了沉積層中的裂紋,材料的硬度達(dá)到450HV,具有良好的耐磨性能；制備的三種Y203含量鈷鉻生物復(fù)合材料樣品在酸性口腔環(huán)境中的耐蝕性均高于中性環(huán)境中的耐蝕性,且2wt.%Y2O3含量樣品的腐蝕速率在兩種環(huán)境中均最低。
[Abstract]:The global population growth and population aging trend, as well as traffic, natural disasters and other accidents, the need for bone transplantation or replacement is increasing. Among all kinds of biomaterials, metal and metal-based biomaterials have been widely used in the field of clinical implantation due to their excellent mechanical properties. In recent years, with the development of laser direct deposition technology, the preparation of biomaterials by laser direct deposition has become one of the leading research topics. Titanium alloy and cobalt-chromium alloy have become important materials for laser surface treatment and direct deposition because of their basic properties of biomaterials. In this study, Ti based biological bone coatings and Co-Cr based biological bone coatings based on TC4 were prepared by laser diode direct deposition technique, and high thick cobalt chromium composite materials were fabricated by deposition on Q235 steel sheet. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), hardness, friction and wear and electrochemical analysis were used to study the microstructure, properties and preparation mechanism of the samples. The results show that the optimized deposition process parameters are: power 1500W, scanning speed 300mm / min, spot size 7.18mm 脳 4.30mm. The microstructure of the ceramic area at the top of the coating is loose and the pores are uniformly distributed on the surface, which is beneficial to the growth of bone tissue, and there are some bioceramics, such as HAC CaTiO _ 3, Ca3 (PO4) _ 2, in the coating. The optimized deposition process parameters of the top hardness of the coating up to 1900HV.Co-Cr based biological bone gradient coating are, The optimized power is 1400W, the scanning speed is 440 mm / min, the spot size is 7.6mm 脳 4.5mm, the optimized content of Zr02 in the second gradient layer is 2, the optimized content of Zr02 in the third gradient layer is 3 and the thickness of the gradient coating is about 3mm, it has good strength and toughness. The coating mainly contains CaTiO3Co2Ti4O and Ti03 bioceramics, and the top hardness of the coating is about 1500HV. Co-Cr composite biomaterials with thickness up to 7mm were prepared by laser direct deposition. It was found that Y203 could eliminate laser forming cracks, influence the transformation between 偽 -Co and 蔚 -Co and refine the microstructure. When 2wt.% Y203 was added, the cracks in the deposit layer were successfully eliminated, the hardness of the material reached 450 HVV, and the material had good wear resistance. The corrosion resistance of the three kinds of cobalt-chromium biocomposites with Y203 content in acidic oral environment was higher than that in neutral environment, and the corrosion rate of 2wt.%Y2O3 content samples was the lowest in both environments.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.08

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本文編號：2148802