等离子喷涂羟基磷灰石梯度涂层设计优化

发布时间：2020-03-31 09:27

【摘要】：等离子喷涂羟基磷灰石涂层在实际应用过程中存在着力学性能与生物学性能需求相互矛盾的问题,而通过涂层结构的梯度设计可以有效地解决上述问题。本文首先设计了两种不同结构的涂层,通过控制颗粒的熔化状态实现了目标涂层的制备,设计并制备了上层结构疏松、下层结构致密,且具有不同厚度比例的梯度涂层,并对其组织结构及力学性能进行了比较。搭建了HA涂层疲劳性能测试平台,着重测试了几种HA梯度涂层的疲劳行为及其影响因素。首先通过调节喷涂工艺参数控制颗粒的熔化状态,制备出了目标结构涂层。通过基体升温的方式改善了涂层的组织与力学性能,其中疏松结构涂层的孔隙率达到8.8%,且含有一定的非晶相,可作为表层涂层。而结构致密涂层的结合强度达到30.62MPa,结晶度达到71.43%,显微硬度达到320.79Hv,具备良好的综合性能。采用上述两种结构的涂层制备了具有不同厚度比例的梯度涂层,并对其组织结构及力学性能进行了分析测试。发现不论在何种厚度比例下均未测试出含有CaO相,说明上层涂层对下层涂层进行了全面的覆盖。梯度涂层的结合强度随结构疏松涂层占比的升高而下降。搭建了HA涂层疲劳性能测试平台,研究结果表明涂层自身的组织结构及厚度对于涂层的疲劳性能产生了重要的影响。梯度涂层的疲劳性能随着疏松结构涂层占比的降低而提高。在总厚度为200μm的梯度涂层中,疏松/致密厚度比为1:3的羟基磷灰石梯度涂层结合强度达到36.23MPa,疲劳性能测试后裂纹密度仅上升2.81%,具备良好的综合性能。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

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本文编号：2608890