医用Ti6Al4V合金表面HA及DLC/HA涂层的制备及表征

摘要

本文采用射频磁控溅射技术在Ti6Al4V合金表面制备了具有优异性能的羟基磷灰石/类金刚石生物复合涂层.采用红外吸收光谱分析了热处理前后HA涂层所含的官能基团,采用XRD分析了不同溅射条件和热处理对HA涂层相结构的影响,采用SEM、AFM分析了不同溅射条件和热处理对涂层微观形貌、界面结构及表面粗糙度的影响,采用原位纳米力学测试系统、划痕仪、静滴接触角测量仪、多功能摩擦磨损试验机及电化学工作站等测试手段分析了不同溅射条件和热处理对HA涂层纳米力学性能、薄膜的结合强度、润湿性能和耐磨耐蚀性能的影响,采用拉曼光谱分析了DLC涂层的结构.结果表明热处理后磁控溅射制备的HA涂层的结晶化程度大幅提高,恢复了缺失的羟基,涂层表面粗糙度也有所提高,颗粒度变大,呈凸凹不平状,有利于骨诱导生长.溅射功率在250W、溅射偏压在100V的条件下制备的HA涂层具有最优异的微观形态、细胞粘附能力、机械性能和耐磨耐蚀性能.在此条件下制备的DLC/HA复合薄膜缓解了HA涂层和Ti6Al4V合金之间的热膨胀系数差异,复合薄膜与基体间的结合强度优于纯HA涂层;复合薄膜的耐腐蚀性能也优异纯HA涂层,致密的DLC薄膜可以有效的组织体液的渗入;复合薄膜的纳米硬度也高于基体和纯HA涂层,摩擦系数低于纯HA涂层,作为植入体的耐磨部件其应用的可靠性明显提高.