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微弧氧化钛表面钙磷涂层组织结构与腐蚀性能

发布时间:2017-10-07 05:19

  本文关键词:微弧氧化钛表面钙磷涂层组织结构与腐蚀性能


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【摘要】:Ti6Al4V合金由于良好的机械性能,在硬组织植入器件制造方面的地位不断提高,但其在临床上面临的最大问题是具有生物惰性,骨整合性能不佳。本文针对此问题,利用电沉积法在微弧氧化钛合金表面制备钙磷涂层。本文对阴极沉积工艺参数与制得的钙磷涂层组织结构的关系进行了系统的研究,通过调整沉积工艺参数,实现了对涂层成分、形貌的调控,并分析了涂层的形核长大机制和不同成分的涂层在SBF中的腐蚀性能。研究结果表明:电沉积溶液的温度、成分、沉积过程中的电参数和沉积时间对涂层的组织结构具有重要影响。电沉积溶液采用磷酸一氢钾或磷酸二氢钾对初期的电沉积过程有影响,但涂层的形成机制相近。沉积过程包括HPO42-、PO43-的电离,水的电解析氢,Ca2+和HPO42-、PO43-共同沉积在阴极表面形成钙磷涂层。沉积温度和时间会影响HPO42-的电离和水的电解析氢,进而影响溶液中HPO42-、PO43-和OH-的浓度,从而在微弧氧化钛表面得到不同组织形貌的涂层。低温下HPO42-转化成PO43-很难,水的分解也很慢,涂层结构为DCPD,高温下基体表面易沉积HA。沉积时间增长,由于水的电解OH-不断释放,引起Ca(OH)2的沉淀。电沉积参数会影响溶液中游离电子的数量和运动速度,进而影响涂层的物相。电流密度较小或电压较低时,涂层的成分为DCPD;电流密度大或电压较高时,涂层为HA,电流密度过高,促进Ca(OH)2沉积。涂层的表面形貌与形核位置有关。在基体表面直接形核长大的HA和DCPD为片状,HA尺寸较大,DCPD尺寸较小,构成多孔结构;在已沉积涂层上形核长大的DCPD和HA为小尺寸的颗粒状结构。涂层的腐蚀性能与涂层的成分有关,DCPD与HA混合涂层耐蚀性高于单一成分的DCPD或HA涂层,混合涂层中HA含量高则耐蚀性较差。
【关键词】:微弧氧化钛 阴极沉积 钙磷涂层 腐蚀
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG174.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-8
  • 第1章 绪论8-26
  • 1.1 课题背景及研究目的与意义8
  • 1.2 生物医用材料的活性与惰性8-9
  • 1.3 硬组织替代材料9-13
  • 1.3.1 硬组织植入材料的要求9-10
  • 1.3.2 常用的金属硬组织植入材料及其局限性10-13
  • 1.3.3 微弧氧化钛合金13
  • 1.4 钙磷涂层13-24
  • 1.4.1 钙磷涂层的分类、结构、性质和应用14-15
  • 1.4.2 钛合金表面钙磷涂层的制备方法及腐蚀行为15-20
  • 1.4.3 阴极沉积法制备钙磷涂层的研究20-24
  • 1.5 本文研究的目的和主要内容24-26
  • 第2章 试验材料及研究方法26-29
  • 2.1 试验材料26
  • 2.2 钛合金的微弧氧化26
  • 2.3 钙磷涂层制备26-27
  • 2.4 组织观察及结构分析27-28
  • 2.4.1 扫描电子显微镜 (SEM)27
  • 2.4.2 X-射线能量分散分光计(EDS)27
  • 2.4.3 物相分析 (XRD)27-28
  • 2.5 极化曲线测试28-29
  • 第3章 钙磷涂层的制备与腐蚀性能29-58
  • 3.1 引言29
  • 3.2 微弧氧化钛的微观组织结构29-31
  • 3.3 电沉积工艺参数对微弧氧化钛表面钙磷涂层的影响31-52
  • 3.3.1 温度对涂层的影响31-35
  • 3.3.2 电流密度对涂层的影响35-40
  • 3.3.3 沉积时间对涂层的影响40-52
  • 3.4 钙磷涂层形成机制52-56
  • 3.4.1 温度和时间对涂层形成的影响52-54
  • 3.4.2 电流密度对涂层形成特征的影响54-56
  • 3.5 本章小结56-58
  • 第4章 磷酸二氢钾溶液中涂层的制备与性能58-71
  • 4.1 引言58
  • 4.2 电压对涂层的影响58-61
  • 4.3 温度对涂层的影响61-65
  • 4.4 时间对涂层的影响65-68
  • 4.5 硝酸钙和磷酸二氢钾电解液中钙磷涂层形成机制68-69
  • 4.5.1 时间的影响69
  • 4.5.2 温度的影响69
  • 4.5.3 电压影响69
  • 4.6 本章小结69-71
  • 结论71-72
  • 参考文献72-78
  • 攻读学位期间发表的学术论文78-80
  • 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 杨喜臻;;钛合金表面阳极氧化技术制备羟基磷灰石研究述评[J];长春大学学报;2008年10期

2 薛文斌,邓志威,李永良,陈如意,张通和;Ti-6Al-4V在NaAlO_2溶液中微弧氧化陶瓷膜的组织结构研究[J];材料科学与工艺;2000年03期



本文编号:987138

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