微弧氧化钛表面钙磷涂层组织结构与腐蚀性能

摘要

Ti6Al4V合金由于良好的机械性能，在硬组织植入器件制造方面的地位不断提高，但其在临床上面临的最大问题是具有生物惰性，骨整合性能不佳。本文针对此问题，利用电沉积法在微弧氧化钛合金表面制备钙磷涂层。
　　本文对阴极沉积工艺参数与制得的钙磷涂层组织结构的关系进行了系统的研究，通过调整沉积工艺参数，实现了对涂层成分、形貌的调控，并分析了涂层的形核长大机制和不同成分的涂层在SBF中的腐蚀性能。
　　研究结果表明：电沉积溶液的温度、成分、沉积过程中的电参数和沉积时间对涂层的组织结构具有重要影响。电沉积溶液采用磷酸一氢钾或磷酸二氢钾对初期的电沉积过程有影响，但涂层的形成机制相近。沉积过程包括HPO42-、PO43-的电离，水的电解析氢，Ca2+和HPO42-、PO43-共同沉积在阴极表面形成钙磷涂层。沉积温度和时间会影响HPO42-的电离和水的电解析氢，进而影响溶液中HPO42-、PO43-和OH-的浓度，从而在微弧氧化钛表面得到不同组织形貌的涂层。低温下HPO42-转化成PO43-很难，水的分解也很慢，涂层结构为DCPD，高温下基体表面易沉积HA。沉积时间增长，由于水的电解OH-不断释放，引起Ca(OH)2的沉淀。电沉积参数会影响溶液中游离电子的数量和运动速度，进而影响涂层的物相。电流密度较小或电压较低时，涂层的成分为DCPD；电流密度大或电压较高时，涂层为HA，电流密度过高，促进Ca(OH)2沉积。
　　涂层的表面形貌与形核位置有关。在基体表面直接形核长大的HA和DCPD为片状，HA尺寸较大，DCPD尺寸较小，构成多孔结构；在已沉积涂层上形核长大的DCPD和HA为小尺寸的颗粒状结构。涂层的腐蚀性能与涂层的成分有关，DCPD与HA混合涂层耐蚀性高于单一成分的DCPD或HA涂层，混合涂层中HA含量高则耐蚀性较差。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的与意义

1.2 生物医用材料的活性与惰性

1.3硬组织替代材料

1.4 钙磷涂层

1.5 本文研究的目的和主要内容

第2章 试验材料及研究方法

2.1 试验材料

2.2 钛合金的微弧氧化

2.3 钙磷涂层制备

2.4 组织观察及结构分析

2.5 极化曲线测试

第3章 钙磷涂层的制备与腐蚀性能

3.1 引言

3.2 微弧氧化钛的微观组织结构

3.3 电沉积工艺参数对微弧氧化钛表面钙磷涂层的影响

3.4 钙磷涂层形成机制

3.5 本章小结

第4章 磷酸二氢钾溶液中涂层的制备与性能

4.1 引言

4.2 电压对涂层的影响

4.3 温度对涂层的影响

4.4 时间对涂层的影响

4.5 硝酸钙和磷酸二氢钾电解液中钙磷涂层形成机制

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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