碱处理法制备钛合金表面羟基磷灰石涂层

采用碱处理法制备钛基羟基磷灰石涂层,考察了碱液处理中有关钛合金表面活化参数对其诱导羟基磷灰石沉积速度的影响,采用X射线衍射和扫描电镜对样品的化学组成、结构和性能进行了表征,确定了钛合金表面活化处理的最优参数.结果表明,钛基体经10 mol/L氢氧化钠,饱和硝酸钙预钙化处理,模拟体液中培养后,羟基磷灰石沉积速度快,14 d就可形成致密﹑均匀﹑裂纹少的涂层;碱液处理后饱和硝酸钙溶液预钙化可得到片状的羟基磷灰石生物矿化层;且钛基体在600 ℃的热处理是HAP涂层沉积的重要条件之一.与相关研究相比较,该方法的优点在于可在形状复杂的植入体上形成均匀的涂层,工艺简单,并且涂层与基体结合牢固.     

钛涂覆多孔羟基磷灰石/氧化铝生物陶瓷涂层的性能研究

通过电泳沉积的方法在生物医用钛基体表面制备羟基磷灰石(HA)/Al/壳聚糖(CS)复合涂层,通过高温烧结分解CS颗粒并制备钛基多孔HA/Al_2O_3复合生物陶瓷涂层。通过粘结-拉伸实验测定涂层与基材的结合强度;XRD和SEM对涂层的物相组成和形貌进行表征;CHI660C电化学工作站测试涂层在模拟体液中的耐蚀性能。研究表明,经过热处理后的涂层为表面可形成平均孔径为5μm的多孔HA/Al_2O_3,涂层厚度可达25μm,涂层中的HA颗粒致密粘连,Al在高温条件下反应成Al_2O_3从而使涂层与基体的结合强度最高可达30.5MPa,涂层的涂覆使Ti金属在人体模拟体液中具有良好的耐腐蚀能力。     

仿生法制备钛合金/羟基磷灰石复合涂层的研究

本研究了仿生溶液中钛合金表面沉积羟基磷灰石的技术路线。钛合金经抛磨、清洗．进行酸碱活化处理后，置于模拟体液(SBF)中，最终在钛合金基体上生成羟基磷灰石涂层。     

纯钛表面电沉积羟基磷灰石复合涂层组织及性能

采用水热电沉积法在纯钛基体表面制备前驱体,对其进行碱液处理和真空热处理后得到羟基磷灰石(HA)复合涂层.采用XRD、SEM和激光共聚焦显微镜分析涂层物相结构、组织形貌,利用热震法和模拟体液浸泡法表征涂层结合强度和生物活性.实验结果表明:前驱体主要成分为CaHPO4·2H2O、Ca3(PO4)2和CaTiO3,经室温碱液处理10 h后,涂层物相由Ca10(PO4)6(OH)2(简称:HA)、Ca3(PO4)2和CaTiO3组成,组织形貌由前驱体的块状转变为细针状HA晶体.当温度一定时,涂层厚度在4.5 V电压下达到最大值38μm,热震次数在4 V电压下达到最大值11次;当电压一定时,涂层厚度在40℃和50℃下均为最大值35μm,热震次数在40℃下达到最大值11次.沉积电压为4 V、水浴温度为40℃工艺条件下的涂层经体外生物活性测试表明:HA复合涂层表面可在模拟体液中形成新的HA晶核,并不断长大.     

以葡萄糖为造孔剂制备多孔羟基磷灰石涂层

采用电泳沉积方法在钛基材表面制得羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)/葡萄糖复合涂层,经烧结处理得到多孔HA涂层。采用红外光谱仪、扫描电镜、X射线衍射和热重分析表征了涂层的组成、表面形貌、物相组成及热稳定性,黏结-拉伸实验测定涂层与基体的结合强度,人体模拟体液(simulated body fluid,SBF)浸泡测定涂层的生物亲合性。结果表明:经700℃烧结处理,复合涂层中的葡萄糖微粒热分解得到多孔HA涂层,孔径为2～20μm,涂层与基体的结合强度可达17.6MPa;在1.5倍SBF(各离子浓度为SBF的1.5倍)中浸泡5d后,多孔HA涂层表面碳磷灰石化,呈现良好的生物亲合性。     

两步电化学法制备羟基磷灰石/氧化铝复合生物涂层的研究

研究旨在开发一种可应用于医用金属表面生物学改性的复合生物陶瓷涂层。通过先阳极氧化、再电沉积的两步电化学方法成功制备了羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)／Al2O3复合生物涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)研究了阳极氧化Al2O3(anodic aluminum oxide,AAO)膜的表面形貌与HA／Al2O3复合涂层的表面及截面形貌结构;用X射线衍射仪(XRD)、Fourier变换红外光谱仪(FT-IR)与能谱仪(EDS)表征了复合涂层的物相组成;用等离子原子发射光谱仪(ICP-AES)和粘接拉伸试验分别测定涂层在模拟体液(SBF)中的体外行为和浸渍后涂层间的结合强度,结果表明：所制备的HA含有少量碳酸根,在SBF中呈现优良的稳定性并能诱导新的磷灰石层的形成;HA底部嵌入AAO膜的孔洞中形成互锁界面,经模拟体液处理后两者之间结合强度为3．2MPa。     

电泳沉积和反应结合制备羟基磷灰石/氧化铝复合涂层

在金属表面用电泳沉积(electrophoretic deposition, EPD)法制备羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)涂层的主要问题是结合强度较低.为了提高HA涂层与基体的结合强度,先采用EPD在钛表面制得羟基磷灰石/铝(hydroxyapatite/aluminum, HA/Al)复合涂层,然后采用反应结合方法(reaction bonding process)制备羟基磷灰石/氧化铝(hydroxyapatite/aluminum oxide, HA/Al2O3)复合涂层,并与相同条件下制备的HA单一涂层进行比较研究.用扫描电镜表征涂层的表面和横截面形貌.用能量散射X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)谱分析HA/Al2O3复合涂层的化学组成.用XRD仪研究涂层的物相组成和热稳定性.通过黏结-拉伸实验测定HA涂层与基体的结合强度.结果表明:通过850℃热处理,HA/Al复合涂层中的Al粉发生氧化反应生成Al2O3,经反应结合得到HA/Al2O3复合涂层;反应结合提高了HA涂层的致密化程度且降低了基底钛表面的氧化程度;与单一HA涂层相比,HA/Al2O3复合涂层与基底间的结合强度得到明显提高.     

两种电化学方法对制备羟基磷灰石涂层的差异性研究

通过恒电流和脉冲电流技术在钛基表面制备磷酸钙,然后经热碱处理得到羟基磷灰石(HAP)涂层。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等手段对涂层的结构及形貌进行了表征,并对涂层的耐腐蚀性进行了研究。结果表明,恒电流与脉冲电流技术均可在钛基表面电沉积羟基磷灰石涂层,所得的2种涂层均具有良好的生物相容性;与恒电流方法制得的涂层相比,脉冲电流技术制得的涂层更均匀、致密,与基体结合强度较高,在模拟体液中表现出较好的耐腐蚀性。     

羟基磷灰石/TiO_2复合涂层在模拟脑脊液中生物相容性(英文)

应用阳极氧化法在Ti-6Al-4V钛合金(TC4)表面制备了多孔TiO2涂层,在TiO2涂层表面电沉积制备了羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)/TiO2复合涂层,用实验用人工脑脊液(artificial cerebrospinal fluid,ACSF)体液模拟人体的脑脊液,以TC4和TiO2涂层为对比,研究了HA/TiO2涂层在浸泡过程中发生的物理化学变化,考察了HA/TiO2复合涂层抑制钛合金中元素Al和V的析出情况。结果表明:3种样品随浸泡时间的延长遵循的生长规律为:HA成核→HA晶粒长大→HA晶粒相互团簇形成一体→涂层逐渐扩大覆盖到整个基体表面;TC4,TiO2以及HA/TiO2涂层在ACSF中都能够诱导HA的生成,表现出了良好的生物活性。检测浸泡后溶液中Al和V的浓度可知,阳极氧化法制备的TiO2涂层对于Al,V元素的析出起到了一定的抑制作用,能够进一步提高钛合金的生物相容性。     

悬浮液粉体含量对电泳沉积羟基磷灰石涂层的影响

从不同羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)粉体含量的悬浮液中,在钛表面电泳沉积HA涂层.采用扫描电镜、X射线衍射表征涂层的微观形貌及物相组成,通过黏结-拉伸实验测定涂层与基底的结合强度.结果表明:提高悬浮液的HA粉体含量,有助于提高电泳沉积HA涂层的致密性,改善其烧结性能,提高烧结致密化程度;HA涂层致密性的提高,有效地抑制了钛基底表面氧化反应,改善了涂层与基底的界面结合状态,使HA涂层与钛基底的结合强度从悬浮液HA粉体含量为5g/L时的4.54MPa,提高到悬浮液HA粉体含量为20g/L时的19.92MPa.     

医用钛合金微弧氧化膜的制备及其生物相容性研究

利用微弧氧化技术在Ti合金表面制备了医用羟基磷灰石(HA)膜,研究了HA膜在模拟体液中的生物相容性,通过SEM观察了HA膜在模拟体液中浸泡不同时间的表面形貌,并利用EDs测试了HA膜浸泡前后的Ca、P原子分数.结果表明,HA膜在模拟体液中浸泡后,体液的pH变化不大,而经过溶解-重结晶,新生成的HA晶粒发育更完整,更利于...     

Effect of transition layer on the performance of hydroxyapatite/titanium nitride coating developed on Ti-6Al-4V alloy by magnetron sputtering

A gradient transition multilayer hydroxyapatite/titanium nitride (HA/TiN) coating was prepared on the Ti-6Al-4V alloy by magnetron sputtering. The composition, surface topography, microstructure, adhesion strength and electrochemical properties of the as-deposited coatings were characterized by SEM/EDS, AFM, XRD, FT-IR and electrochemical workstation. The experimental results showed that the single TiN coating deposited at a partial pressure of nitrogen (N₂) of 0.08?Pa had the best internal stress and tribological performance, and its volume loss was only 0.89% of that of Ti-6Al-4V alloy. The introduction of the TiN transition layer greatly improved the wear resistance of the Ti-6Al-4V alloy, and the adhesion strength of the HA layer to the substrate increased from 6.50?±?0.5?N to 11.70?±?1.2?N, an increase of 56%. The HA/TiN coating surface consisted of uniform hemispherical particles with dense structure and invisible defects (micro-cracks and pores). For the HA surface layer, the crystal structure and active hydroxyl (-OH) group was restored after heat treatment. Potentiodynamic polarization experiments indicated that the HA/TiN coating achieved the lowest corrosion current density and the most positive corrosion potential compared to the single TiN layer and Ti-6Al-4V alloy. In summary, it can be conclude that the gradient transition layer can well improve the mechanical properties and electrochemical behavior of the titanium alloy, and largely ensuring the stability of the surface bioactive coating.     

羟基磷灰石/TiO2复合涂层在模拟脑脊液中生物相容性（英文）

应用阳极氧化法在Ti-6Al-4V钛合金（TC4）表面制备了多孔TiO2涂层,在TiO2涂层表面电沉积制备了羟基磷灰石（hydroxyapatite,HA）/TiO2复合涂层,用实验用人工脑脊液（artificial cerebrospinal fluid,ACSF）体液模拟人体的脑脊液,以TC4和TiO2涂层为对比,研究了HA/TiO2涂层在浸泡过程中发生的物理化学变化,考察了HA/TiO2复合涂层抑制钛合金中元素Al和V的析出情况。结果表明：3种样品随浸泡时间的延长遵循的生长规律为：HA成核→HA晶粒长大→HA晶粒相互团簇形成一体→涂层逐渐扩大覆盖到整个基体表面;TC4,TiO2以及HA/TiO2涂层在ACSF中都能够诱导HA的生成,表现出了良好的生物活性。检测浸泡后溶液中Al和V的浓度可知,阳极氧化法制备的TiO2涂层对于Al,V元素的析出起到了一定的抑制作用,能够进一步提高钛合金的生物相容性。

Abstract：

Porous TiO2 coating was prepared on Ti-6Al-4V titanium alloy （TC4） substrate by the potentiostatic anodic oxidation method,and hydroxyapatite （HA） coating was prepared on the surface of TiO2 coating by the electrodeposition method to form HA/TiO2 composite coating. By using artificial cerebrospinal fluid （ACSF） to simulate human cerebrospinal fluid,the physicochemical changes of the HA/TiO2 coatings when soaked in ACSF were studied and compared with TC4 and TiO2 coating. Its inhabitation effects on Al and V were also studied. The results show that these three samples follow such a growth pattern：HA nucleation forma-tion,crystal growth,agglomeration,coatings formation. The bioactivity of TC4,TiO2 coating and TiO2/HA composite coating can be induced by the formation of HA in ACSF. According to the concentration of Al and V in ACSF,the TiO2 coating formed by anodic oxidation could inhibit the element precipitation more or less,and enhance the biocompatibility of titanium alloy.     

多孔双相钙磷钛合金微弧氧化膜层的制备及生物相容性

为克服钛合金生物膜层单一相的缺陷,以Ti6A14V合金为基体,用微弧氧化法制得具有双相钙磷复合陶瓷膜层(BCP)的钛合金器件.通过控制工作液成分制得由不同比例的β-磷酸三钙(β-TCP)和羟基磷灰石(HA)组成的多孔性复合膜层.研究了电源占空比对BCP膜孔隙率和孔径大小的影响.采用能谱仪和X射线衍射仪分析了BCP膜层的...     

在非水溶液体系中电泳沉积Ti6Al4V/BG/HA梯度涂层

本工作的目的是探索制备钛合金表面生物活性梯度涂层的新方法 ,提高涂层的结合强度及稳定性 .通过诱导羟基磷灰石 (HA)在生物玻璃 (BG)颗粒表面的结晶 ,改变了生物玻璃表面的带电特性 ;采用电泳沉积 (EPD)法 ,在非水溶液体系中实现了BG和HA在阴极Ti6Al4V基体上的共沉积 ,经烧结获得了生物活性梯度陶瓷涂层 ,得到了一种制备生物活性梯度陶瓷涂层的新工艺 .用XRD对涂层的相组成进行了定性分析 ,结果表明涂层由HA ,榍石和玻璃组成 ;采用粘结拉伸法测定的涂层与基体结合强度大于 18MPa,用SEM观察涂层表面及断面的形貌 ,可见涂层表面较为平整 ,没有明显的裂纹 ;涂层与基体结合紧密 ,且存在一明显的界面梯度区域 .     

钛植入合金表面电化学沉积掺镁羟基磷灰石涂层

以Ca(NO3)2、(NH4)2HPO4和Mg(NO3)2为原料,采用电化学沉积法在医用钛合金表面制备了掺镁羟基磷灰石涂层,研究了电沉积工艺条件对掺镁羟基磷灰石涂层表面形貌的影响。结果表明,当电流密度为1.0mA/cm2,温度为65°C,pH为4.5,n(Mg):n(Ca)=1:3,电沉积时间为1300s时,得到了均匀致密的晶须状涂层。X射线衍射分析表明,烧结后的掺镁羟基磷灰石涂层中Mg2+取代了Ca2+,使HA涂层的晶格发生了变化。     

溶胶凝胶法制备钛基羟基磷灰石涂层的研究

混合硝酸钙乙醇溶液和磷酸三甲酯水溶液作为羟基磷灰石(HA)前驱体,利用旋转涂膜技术在钛片表面制备羟基磷灰石涂层.研究了溶胶陈化时间和凝胶热处理温度对涂膜的影响,同时对涂层的生物活性进行了研究.样品利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(ESEM)进行表征.结果表明:利用经过24 h陈化的溶胶涂膜的样品在500℃热处...     

微弧氧化-电泳沉积一步法制备羟基磷灰石/TiO2复合涂层

采用微弧氧化-电泳沉积一步法在钛表面生成了羟基磷灰石(HA)/TiO2复合涂层。探讨了电解液中乙醇含量的不同对涂层表面形貌、相组成及抗腐蚀能力的影响。结果表明:乙醇含量为25%时,涂层中HA的含量最高,其抗腐蚀能力最强。     

钛合金表面TiO2-FHA-HA梯度生物陶瓷涂层的制备

采用溶胶-凝胶工艺在经过微弧氧化预处理的钛基体表面制备二氧化钛(TiO2)-含氟羟基磷灰石(FHA)-羟基磷灰石(HA)梯度结构的生物陶瓷涂层.采用X射线衍射检测了涂层的相组成,采用扫描显微镜观察了梯度涂层的形貌,采用划痕法测定了涂基结合力,结果表明:所制备的涂层是均匀和致密的具有梯度结构的TiO2-FHA-HA涂层;与单一的HA涂层相比梯度的引入显著提高了涂基结合力.生物溶解性实验结果显示了溶解速度FHA小于HA,这就表明了可以通过梯度设计来提高涂层的植入寿命.     

Mechanical and histological evaluation of a plasma sprayed hydroxyapatite coating on a titanium bond coat

To improve the biological stability of hydroxyapatite-coated implants, the use of an appropriate commercial pure titanium bond coat (CP-Ti) is an effective method for significant improvement in the interface bonding and stress reduction of the plasma-sprayed HA coating and Ti-alloy system. The purpose of this study was to determine the effect of plasma-sprayed CP-Ti on the in vivo properties of the HA coating on Ti6Al4V. According to the experimental results, samples with an HA coating on the CP-Ti (Ti-HA coating) display a lower and ineffective residual stress than samples without the bond coat. The CP-Ti provides a very rough surface and results in a higher adhesive strength between the HA and CP-Ti. In the in vivo test, after the intramedullary implantation, the histological observation showed the apposition of the new bone tissue directly onto the HA coating. The shear strength between the bone and the Ti-HA coating was higher than that without CP-Ti after 12 weeks of implantation (5.15 vs. 1.41 MPa). The failure mode analysis showed the failure mainly occurring at the surrounding bone, with some failure at the HA/CP-Ti interface. The excellent bio-durability and mechanical properties of the HA coating in this study contributed to the reduction of the compressive residual stress in the HA coating and to the enhancement of interface adhesive strength by introducing the commercial pure titanium bond coat.