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宽带激光熔覆梯度生物活性陶瓷复合涂层组织与性能

microstructure and Properties on Gradient Bioceremics Composite Coating Produced

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摘要

为了增加基材与生物陶瓷涂层之间的结合强度 ,消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的开裂倾向 ,设计了一种梯度生物陶瓷复合涂层并采用宽带激光熔覆技术在Ti- 6Al- 4V合金上制备了梯度生物陶瓷复合涂层 ,对其组织和性能进行了研究。结果表明 :钙和氧元素主要分布在生物陶瓷涂层中 ;钛和钒元素主要分布在基材和合金化层内 ;磷元素分布在合金层与陶瓷层中。合金层中基底组织上分布着白色共晶组织和白色颗粒 ,基底组织主要为Ti(Al,P ,Fe ,V)相 ,白色共晶组织主要为Fe2 Ti4O +AlV3 ,白色颗粒为结晶析出的Al3 V0 .3 3 3 Ti0 .666;生物陶瓷层中的基底组织为胞状晶 ,其上分布有灰色相和白色颗粒相 ,胞状晶主要为CaO、CaTiO3 和HA ,灰色相为 β -TCP及Ca2 Ti2 O6,白色颗粒相为TiO2 。陶瓷涂层表面形成了类珊瑚礁结构及短杆堆积结构。这种表面结构将有助于为骨细胞长入生物陶瓷涂层提供通道。陶瓷层与钛合金基体之间的结合强度大于 37.3MPa。合金层的最高硬度为 16 0 0HV0 .2 ,生物陶瓷涂层显微硬度最大值约为 130 0HV0 .2 。

Abstract

To increase bonding strength between bioceramic coating and substrate and eliminate thermal cracks during laser cladding, a kind of gradient bioceramics coating is designed. And the gradient bioceramic composite coating on surface of Ti alloy was prepared by using wide-band laser cladding technique. Its microstructure and microhardness was studied. The experimental results indicated that Calcium and Oxygen mainly distribute in the bioceramic; Titanium and Vanadium mainly distribute in the substrate and alloying layer; Fe distributes in alloying layer. P mainly exists in the bioceramic coating. The matrix phase in the alloying layer is Ti(Al,P,Fe,V)and the white eutectic structure in the alloying layer is mainly comprised of Fe_2Ti_4O+AlV_3, and the white particle phase is Al_3V_ 0.333Ti_ 0.666;The matrix phase in bioceramics coating consists of CaO,CaTiO_3 and Hydroxyapatite, and the pale particle phase in bioceramics coating is mainly comprised of β-TCP and Ca_2Ti_2O_6 , and white particle phase in biocera

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刘其斌:贵州大学材料学院,贵州蔡家关550003大连理工大学三束材料改性国家重点实验室
郑敏:大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,大连116024
朱维东:大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,大连116024
李海涛:大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,大连116024
董闯:贵州大学材料学院,贵州蔡家关550003

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