研究目的
研究并比较采用激光熔覆技术在Ti6Al4V基体上沉积的氟磷灰石/ZrO2和氟磷灰石/Al2O3复合涂层的微观结构、硬度及生物性能,旨在提升其机械性能与生物相容性以满足生物医学应用需求。
研究成果
与FA/Al2O3涂层相比,尽管FA/Al2O3存在更显著的元素互扩散现象,FA/ZrO2涂层仍表现出更高的显微硬度和更优的初始细胞附着与铺展性能。两种涂层在模拟体液中均能形成磷灰石,显示出良好的生物活性。研究结果表明FA/ZrO2是生物医用植入体的更优选择,建议后续开展体内实验并优化涂层参数。
研究不足
该研究仅限于体外测试,未评估体内性能。激光熔覆工艺可能引发热分解,影响涂层纯度。由于相组成复杂,生物活性差异背后的具体机制尚未完全阐明。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用Nd:YAG激光熔覆系统制备复合涂层,旨在比较ZrO2和Al2O3添加剂对氟磷灰石涂层的影响。理论模型涉及热分解与相变分析。
2:样本选择与数据来源:
以Ti6Al4V合金板(100 mm×60 mm×3.8 mm)为基体,涂层粉末包含氟磷灰石(由TCP和CaF2合成)、ZrO2(3Y-TZP)和Al2O3(α-Al2O3)。通过多种表征技术获取数据。
3:8 mm)为基体,涂层粉末包含氟磷灰石(由TCP和CaF2合成)、ZrO2(3Y-TZP)和Al2O3(α-Al2O3)。通过多种表征技术获取数据。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括Nd:YAG激光系统(ROFIN CW025)、三维激光扫描共聚焦显微镜(VK-X200)、扫描电镜(JEOL JSM-6390LV)、X射线衍射仪(Rigaku D/Max Z.V)、纳米压痕系统(MTS-G200)、显微维氏硬度计(HM-113)。材料包含Ti6Al4V、FA粉末、ZrO2粉末、Al2O3粉末、PVA、SBF、MG63细胞、DMEM、FBS、PBS、戊二醛、乙醇、HMDS。
4:5)、三维激光扫描共聚焦显微镜(VK-X200)、扫描电镜(JEOL JSM-6390LV)、X射线衍射仪(Rigaku D/Max Z.V)、纳米压痕系统(MTS-G200)、显微维氏硬度计(HM-113)。材料包含Ti6Al4V、FA粉末、ZrO2粉末、Al2O3粉末、PVA、SBF、MG63细胞、DMEM、FBS、PBS、戊二醛、乙醇、HMDS。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:将含PVA的FA/ZrO2和FA/Al2O3浆料预置于基体铣槽中,干燥后按特定参数(800 W功率,400 mm/min速度)激光熔覆。熔覆后对样品进行粗糙度、微观结构、相组成、硬度、弹性模量、生物活性(SBF浸泡)及生物相容性(细胞培养)表征。
5:数据分析方法:
粗糙度通过共聚焦显微镜测量,微观结构与成分通过SEM/EDS/XRD分析,硬度通过显微维氏硬度计测定,弹性模量通过纳米压痕测试,生物活性通过SBF浸泡后的XRD分析,生物相容性通过细胞形态的SEM观察评估。
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获取完整内容-
Scanning electron microscope
JEOL JSM-6390LV
JEOL Ltd.
Observed microstructures and performed EDS analysis.
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X-ray powder diffractometer
Rigaku D/Max Z.V
Rigaku Ltd.
Identified phase compositions using XRD.
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Alumina powder
a-Al2O3
Sigma-Aldrich
Used as a reinforcing agent in composite coatings.
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Nd:YAG laser system
ROFIN CW025
Rofin Sinar Technologies Inc.
Used for laser cladding to deposit composite coatings on substrates.
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3D laser scanning confocal microscope
VK-X200
KEYENCE Ltd.
Measured surface roughness of coatings.
-
Nanoindentation system
MTS-G200
MTS
Measured elastic modulus of coatings.
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Micro-Vickers hardness tester
HM-113
Mitutoyo Ltd.
Determined hardness of coatings.
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Zirconia powder
3Y-TZP
EE-TEC Inc.
Used as a reinforcing agent in composite coatings.
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