激光制备钛合金微孔模板及组装纳米羟基磷灰石的研究

发布时间：2017-10-04 15:33

  本文关键词：激光制备钛合金微孔模板及组装纳米羟基磷灰石的研究

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【摘要】：钛合金基体与羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HA)涂层间界面结合强度不高及热膨胀系数不匹配,易导致HA生物涂层剥落及开裂,限制了其在医学上的应用。因此,解决涂层易剥落及开裂的问题十分重要。本文采用激光打孔制备钛合金模板,利用电泳沉积及微波合成技术对模板进行组装纳米HA及HA/Al2O3生物材料,成功将生物材料种植入激光微孔化钛合金模板上。通过三维扫描仪、扫描电子显微镜(SEM)研究了三种不同波长的激光与Ti6Al4V相互作用规律;通过SEM、X射线衍射仪(XRD)系统研究了纳米HA及HA/Al电泳沉积规律,微波合成温度、保温时间及Al含量对晶粒尺寸影响;通过模拟体液(SBF)浸泡实验,研究了激光微孔化钛合金模板组装生物材料后的生物性能。实验结果表明:激光波长减小,激光与钛合金的损伤阈值能量密度降低,波长1064 nm、532 nm、532nm激光与钛合金的损伤阈值能量密度依次为2.12 J/cm2、1.09J/cm2、0.53 J/cm2;激光平均功率的增加,微孔直径增大,深度加深;激光作用时间延长,微孔直径变化不大,而深度明显增加;悬浮液中Al粉体含量的增加,沉积速率提高;沉积时间增加,涂层厚度线性增加,沉积速率有所降低;微波合成温度升高,HA/Al2O3的晶粒尺寸增长;保温时间延长,HA/Al2O3的晶粒尺寸增长,优化的微波合成参数为950°C保温45 min;悬浮液中Al含量增加,能有效避免较厚的涂层上网状裂纹的出现,微波合成后HA/Al2O3致密化程度提高,晶粒尺寸小;HA/Al(7.5 g/L)的悬浮液进行沉积后微波合成,获得无开裂无剥落的涂层;微孔化模板组装不同Al含量的HA/Al涂层在SBF浸泡14天后都能够诱导生长类骨磷灰石,具有生物活性。
【关键词】：激光微孔化 电泳沉积 微波合成 Ti6Al4V 羟基磷灰石
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 研究背景8
• 1.2 改善钛合金表面生物相容性的方法8-10
• 1.3 激光制备微孔模板技术现状10-11
• 1.4 生物涂层致密化技术现状11-13
• 1.5 研究内容及意义13
• 1.6 技术路线及创新点13-15
• 2 实验材料与方法15-21
• 2.1 试验材料15-16
• 2.2 激光制备微孔模板的设备及方法16-17
• 2.3 微孔模板组装纳米HA(HA/Al)的设备及方法17-18
• 2.4 组装纳米HA(HA/Al)的微波合成方法18
• 2.5 组织结构及性能测试方法18-21
• 3 激光制备钛合金微孔模板的研究21-37
• 3.1 光纤激光器微孔化工艺研究21-27
• 3.2 绿光激光器微孔化工艺研究27-30
• 3.3 紫外激光器微孔化工艺研究30-33
• 3.4 不同波长激光器打孔的机理对比及分析33-35
• 3.5 激光微孔模板制备工艺的选定35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 4 钛合金微孔模板组装HA(HA/Al)的研究37-45
• 4.1 微孔化模板沉积后的形貌37-38
• 4.2 纳米Al含量对电泳沉积规律影响的研究38-41
• 4.3 沉积时间对电泳沉积规律影响的研究41-43
• 4.4 本章小结43-45
• 5 组装纳米HA(HA/Al)模板的微波合成行为研究45-53
• 5.1 合成温度对组装材料组织和结构的影响45-47
• 5.2 保温时间对组装材料组织的影响47-48
• 5.3 纳米Al含量对组装材料组织的影响48-51
• 5.4 界面结合状态分析51-52
• 5.5 本章小结52-53
• 6 生物性能测试和分析53-58
• 6.1 SBF浸泡试验结果53-57
• 6.2 本章小结57-58
• 7 全文总结58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-67
• 附录 攻读学位期间发表论文67

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本文编号：971478