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对ZrO?和Al?O?添加至氟磷灰石激光熔覆复合涂层在Ti6Al4V合金上影响的对比研究

DOI:10.1177/0954411918816113 期刊:Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine 出版年份:2018 更新时间:2025-09-23 15:23:52
摘要: 采用Nd:YAG激光熔覆系统在Ti6Al4V基体上制备了含20 wt%氧化钇(3 mol%)稳定的立方相氧化锆(c-ZrO2,3Y-TZP)或20 wt%氧化铝(a-Al2O3)的氟磷灰石复合涂层。对比研究了两种涂层的界面形貌、物相组成、显微硬度和生物性能。结果表明:氟磷灰石/Al2O3试样在涂层与过渡层界面处发生更显著的元素互扩散;熔覆过程中涂层中的ZrO2和Al2O3组分完全分解或发生相变,且氟磷灰石部分分解。两种试样的涂层均含有氟磷灰石、CaF2和CaTiO3相,其中氟磷灰石/ZrO2涂层还包含TTCP、CaO、CaZrO3和m-ZrO2(单斜相),而氟磷灰石/Al2O3涂层则含有β-TCP、CaAl2O4和u-Al2O3。氟磷灰石/ZrO2涂层平均显微硬度(1300 HV)比氟磷灰石/Al2O3涂层(1100 HV)高约200 HV。两种试样在模拟体液中浸泡3天后均生成致密类骨磷灰石,表明具有良好的体外生物活性。但在24小时体外生物相容性测试中,氟磷灰石/ZrO2试样比氟磷灰石/Al2O3试样表现出更好的成骨样骨肉瘤MG63细胞初始黏附与铺展能力。
作者: Tsung-Yuan Kuo,Chi-Sheng Chien,Cheng-Wei Liu,Tzer-Min Lee
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研究概述 实验方案 设备清单

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。

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。

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。

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