鈦合金表面TiO-,2--BG-HA生物活性涂層的制備及性能研究.pdf

1、在鈦合金表面涂覆羥基磷灰石(HA)生物涂層,綜合了鈦基體良好的機械性能與HA良好的生物相容性能,是目前人工骨種植體研究的熱點之一。但是由于單一HA涂層與常用鈦合金基體之間熱膨脹系數(shù)相差較大,導(dǎo)致結(jié)合強度低,同時其耐磨耐蝕性較差,在摩擦力較大的部位很容易脫落,造成植入材料的失效。為了解決該問題,本課題采用溶膠-凝膠工藝在經(jīng)過微弧氧化預(yù)處理的鈦合金基體表面制備TiO2-BG-HA生物活性涂層。在鈦合金表面進行微弧氧化預(yù)處理可以獲得一個結(jié)合力

2、優(yōu)秀的TiO2層,在HA層與TiO2層之間添加一個成分可控的生物玻璃涂層(BG),用于減小HA層與基體的熱膨脹系數(shù)的差異。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計可以通過改變生物玻璃的成分來解決鈦合金與HA之間的結(jié)合問題,降低各涂層間內(nèi)應(yīng)力,同時其良好的強度和耐磨性解決了涂層材料的植入問題。 本實驗重點研究了溶膠-凝膠工藝參數(shù)對涂層性能的影響,實驗結(jié)果表明：溶膠體系中醇脂比EtOH/TEOS=5左右,玻璃成分為BG2,P2O5-乙醇溶液的濃度為1mol/L

3、,Ca(NO3)2·4H2O-乙醇溶液的濃度為2mol/L,熱處理溫度為800℃時,可以得到性能良好的生物涂層。通過理論分析和實驗驗證,在制備溶膠過程中需添加適量的絡(luò)合劑,并進行不小于24h的陳化,可以保證溶膠的穩(wěn)定性；浸漬提拉法成膜時提拉速度控制在4～10cm/min,溶膠粘度控制在(1.0～5.0)mPa·S,可以保證溶膠的均勻性。 本實驗利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)和能量分散譜儀(EDS)分析了涂層

4、的形貌、相結(jié)構(gòu)及其化學(xué)組成,采用劃痕法測定了復(fù)合涂層與基體的界面結(jié)合強度。結(jié)果表明：復(fù)合涂層表面均勻致密,并存在100～200nm的晶粒和30～40nm的微孔,并且從基體到最外層的孔徑由大到小,呈梯度變化,形成涂基間的機械鎖合,熱處理后涂層表面生成的Ca2SiO4和PaTi5兩種穩(wěn)定相形成了化學(xué)冶金結(jié)合,使涂基結(jié)合力進一步增加,結(jié)合力達到45N左右,較單一HA涂層結(jié)合力有了很大的提高。 本課題與第四軍醫(yī)大學(xué)合作完成了生物溶解性實