羟基磷灰石/钛金属梯度生物涂层的制备及性能研究
发布时间：2020-12-07 09:14
羟基磷灰石（HA）/钛（Ti）金属生物陶瓷涂层综合了HA优异的生物活性与Ti金属良好的力学性能,已成为一类重要的人工骨植入材料。但在应用中存在着界面结合强度不高、HA从基体中脱落的问题。针对上述问题,论文基于有限元分析,模拟涂层应力场变化,优化涂层的结构设计,采用激光熔覆法制备HA/Ti梯度生物涂层,分析梯度涂层的形貌、结构和成分,测定其阻抗性和界面力学性能,以期提高涂层与基体间的界面结合强度,并保障其生物相容性。利用有限元软件ADINA模拟涂层应力场分布,对HA/Ti涂层的层次结构进行设计,包括涂层的厚度、成分梯度等,以便得到性能连续变化的生物梯度涂层,缓和涂层内部及界面处的残余应力。结果表明,在厚度相同条件下,从单层纯HA涂层,至双层、多层梯度涂层界面区域应力值变化越来越缓,涂层应力值随层数的增加而降低,与纯HA涂层相比,HA/HT/T梯度涂层应力与表面应力分别降低了59 MPa和84.2 MPa;而在相同梯度涂层中,涂层内部应力及表面应力随涂层厚度的增加而增加。实验优选了梯度涂层（HA/HT/T涂层）的设计方案,由表面到基底层的成分依次为:HA、50 wt%TiO2加50 wt%...
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 医用金属材料研究现状
1.2.2 HA/钛金属生物活性陶瓷涂层研究现状
1.2.3 HA/钛金属涂层的制备方法概述
1.2.4 国内外相关领域中存在的问题
1.3 论文研究内容及创新点
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 创新点
第二章 有限元模拟HA/钛金属梯度涂层应力场分布
2.1 引言
2.2 材料和方法
2.2.1 实验设备及软件条件
2.2.2 实验模型及参数确定
2.2.3 HA/钛金属涂层热应力场模拟过程
2.3 结果与讨论
2.3.1 涂层热应力分布模拟结果
2.3.2 HA涂层梯度结构优化设计
2.4 本章小结
第三章 HA/钛金属梯度生物涂层的激光熔覆法制备
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料及来源
3.2.2 实验设备
3.2.3 HA粉体的制备
3.2.4 钛金属基体的前期预处理
3.2.5 预置涂层法制备HA/钛金属涂层实验过程
3.2.6 同轴送粉法制备HA/钛金属涂层实验过程
3.2.7 激光熔覆HA涂层后期热处理工艺
3.3 涂层的表征和性能测定
3.3.1 涂层的SEM形貌
3.3.2 组织结构测定
3.3.3 元素成分分析
3.3.4 电化学交流阻抗分析
3.3.5 涂层表面物相测定
3.3.6 涂层与基体界面结合强度测定
3.4 结果与讨论
3.4.1 钛金属基体预处理结果
3.4.2 预置涂层法制备HA/钛金属涂层宏观形貌
3.4.3 预置涂层法制备HA/钛金属涂层的形貌及微区元素分析
3.4.4 预置涂层法制备HA/HT/T涂层的交流阻抗分析
3.4.5 预置涂层法制备HA/钛金属涂层缺陷分析
3.4.6 同轴送粉法制备HA/钛金属涂层宏观形貌
3.4.7 同轴送粉法制备HA涂层微观组织形貌及微区元素分析
3.4.8 同轴送粉法制备的HA/HT/T梯度涂层交流阻抗分析
3.4.9 同轴送粉法制备的三种涂层表面形貌及元素对比分析
3.4.10 同轴送粉法制备的三种涂层交流阻抗分析
3.4.11 X光电子能谱分析
3.4.12 HA/钛金属涂层的XRD分析
3.4.13 HA/钛金属涂层结合强度测定结果
3.4.14 工艺条件对涂层结构、性能的影响规律
3.4.15 涂层结构对涂层界面结合强度影响机理分析
3.5 本章小结
第四章 HA/钛金属梯度涂层的生物相容性研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 主要实验仪器及试剂
4.2.2 HA涂层材料与模拟体液相互作用实验步骤
4.2.3 细胞毒性实验方法步骤
4.3 结果与讨论
4.3.1 模拟体液实验结果分析与讨论
4.3.2 HA/HT/T涂层成纤维细胞毒性实验结果
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
附录
个人简历、在学期间参加的项目及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nd2O3稀土氧化物在生物活性梯度陶瓷涂层中的作用[J]. 汪震. 科技信息. 2013(22)
[2]真空等离子喷涂HA/Ta复合涂层[J]. 黄利平,谢有桃,季珩,赵君,郑学斌. 热喷涂技术. 2013(02)
[3]亚音速火焰喷涂HA/BG仿生生物涂层[J]. 庄明辉,李慕勤,尹柯. 中国表面工程. 2013(01)
[4]热喷涂生物陶瓷涂层的研究进展[J]. 郑学斌,谢有桃. 无机材料学报. 2013(01)
[5]生物活性陶瓷涂层材料的制备及研究进展[J]. 林雪,郝建军,刘丽愉. 电镀与精饰. 2012(04)
[6]HAF/YSZ梯度复合涂层的制备及结构和性能[J]. 李素敏,张芹,赵玉涛,笪祖林,刘晓燕,张钊. 中国组织工程研究与临床康复. 2011(47)
[7]纯钛表面微量元素协同掺杂仿生复合涂层的制备与表征[J]. 王银海,陈晓怡,杨贤燕,苟中入. 硅酸盐学报. 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]激光熔覆钛基生物陶瓷涂层的制备及其界面研究[J]. 郑敏,樊丁,李秀坤,张建斌,刘其斌. 稀有金属材料与工程. 2009(11)
[10]钛合金表面生物活性涂层的发展历程及趋势研究[J]. 刘世敏,周宇. 材料工程. 2009(07)
博士论文
[1]镁合金和钴铬合金表面涂层的生物功能化研究[D]. 杨静馨.清华大学 2011
硕士论文
[1]钛合金表面激光熔覆生物陶瓷涂层组织及性能的研究[D]. 胡淑慧.华中科技大学 2012
[2]磁控溅射技术制备Ti6Al4V基HAF/YSZ梯度复合涂层及其性能表征[D]. 刘晓燕.江苏大学 2008
本文编号：2903007
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 医用金属材料研究现状
1.2.2 HA/钛金属生物活性陶瓷涂层研究现状
1.2.3 HA/钛金属涂层的制备方法概述
1.2.4 国内外相关领域中存在的问题
1.3 论文研究内容及创新点
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 创新点
第二章 有限元模拟HA/钛金属梯度涂层应力场分布
2.1 引言
2.2 材料和方法
2.2.1 实验设备及软件条件
2.2.2 实验模型及参数确定
2.2.3 HA/钛金属涂层热应力场模拟过程
2.3 结果与讨论
2.3.1 涂层热应力分布模拟结果
2.3.2 HA涂层梯度结构优化设计
2.4 本章小结
第三章 HA/钛金属梯度生物涂层的激光熔覆法制备
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料及来源
3.2.2 实验设备
3.2.3 HA粉体的制备
3.2.4 钛金属基体的前期预处理
3.2.5 预置涂层法制备HA/钛金属涂层实验过程
3.2.6 同轴送粉法制备HA/钛金属涂层实验过程
3.2.7 激光熔覆HA涂层后期热处理工艺
3.3 涂层的表征和性能测定
3.3.1 涂层的SEM形貌
3.3.2 组织结构测定
3.3.3 元素成分分析
3.3.4 电化学交流阻抗分析
3.3.5 涂层表面物相测定
3.3.6 涂层与基体界面结合强度测定
3.4 结果与讨论
3.4.1 钛金属基体预处理结果
3.4.2 预置涂层法制备HA/钛金属涂层宏观形貌
3.4.3 预置涂层法制备HA/钛金属涂层的形貌及微区元素分析
3.4.4 预置涂层法制备HA/HT/T涂层的交流阻抗分析
3.4.5 预置涂层法制备HA/钛金属涂层缺陷分析
3.4.6 同轴送粉法制备HA/钛金属涂层宏观形貌
3.4.7 同轴送粉法制备HA涂层微观组织形貌及微区元素分析
3.4.8 同轴送粉法制备的HA/HT/T梯度涂层交流阻抗分析
3.4.9 同轴送粉法制备的三种涂层表面形貌及元素对比分析
3.4.10 同轴送粉法制备的三种涂层交流阻抗分析
3.4.11 X光电子能谱分析
3.4.12 HA/钛金属涂层的XRD分析
3.4.13 HA/钛金属涂层结合强度测定结果
3.4.14 工艺条件对涂层结构、性能的影响规律
3.4.15 涂层结构对涂层界面结合强度影响机理分析
3.5 本章小结
第四章 HA/钛金属梯度涂层的生物相容性研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 主要实验仪器及试剂
4.2.2 HA涂层材料与模拟体液相互作用实验步骤
4.2.3 细胞毒性实验方法步骤
4.3 结果与讨论
4.3.1 模拟体液实验结果分析与讨论
4.3.2 HA/HT/T涂层成纤维细胞毒性实验结果
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
附录
个人简历、在学期间参加的项目及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nd2O3稀土氧化物在生物活性梯度陶瓷涂层中的作用[J]. 汪震. 科技信息. 2013(22)
[2]真空等离子喷涂HA/Ta复合涂层[J]. 黄利平,谢有桃,季珩,赵君,郑学斌. 热喷涂技术. 2013(02)
[3]亚音速火焰喷涂HA/BG仿生生物涂层[J]. 庄明辉,李慕勤,尹柯. 中国表面工程. 2013(01)
[4]热喷涂生物陶瓷涂层的研究进展[J]. 郑学斌,谢有桃. 无机材料学报. 2013(01)
[5]生物活性陶瓷涂层材料的制备及研究进展[J]. 林雪,郝建军,刘丽愉. 电镀与精饰. 2012(04)
[6]HAF/YSZ梯度复合涂层的制备及结构和性能[J]. 李素敏,张芹,赵玉涛,笪祖林,刘晓燕,张钊. 中国组织工程研究与临床康复. 2011(47)
[7]纯钛表面微量元素协同掺杂仿生复合涂层的制备与表征[J]. 王银海,陈晓怡,杨贤燕,苟中入. 硅酸盐学报. 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]激光熔覆钛基生物陶瓷涂层的制备及其界面研究[J]. 郑敏,樊丁,李秀坤,张建斌,刘其斌. 稀有金属材料与工程. 2009(11)
[10]钛合金表面生物活性涂层的发展历程及趋势研究[J]. 刘世敏,周宇. 材料工程. 2009(07)
博士论文
[1]镁合金和钴铬合金表面涂层的生物功能化研究[D]. 杨静馨.清华大学 2011
硕士论文
[1]钛合金表面激光熔覆生物陶瓷涂层组织及性能的研究[D]. 胡淑慧.华中科技大学 2012
[2]磁控溅射技术制备Ti6Al4V基HAF/YSZ梯度复合涂层及其性能表征[D]. 刘晓燕.江苏大学 2008
本文编号：2903007
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2903007.html
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