水热处理对等离子喷涂羟基磷灰石涂层的影响

摘要

背景:利用等离子喷涂法在钛合金表面制备羟基磷灰石涂层具有火焰温度高、速度快、堆积体热影响小、涂层平整性好、技术成熟、自动化程度高等优点,但也存在力学性能较差、结晶度低、残余应力大等诸多问题.目的:观察水热处理对羟基磷灰石涂层材料特性与力学性能的影响.方法:采用等离子喷涂法在钛合金表面制备羟基磷灰石涂层,对涂层分别进行2,4,6,8 h的水热处理,利用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪分析水热处理前后涂层的材料学特征,同时检测涂层的微观硬度与弹性模量.结果与结论:①喷涂过程中发生羟基磷灰石的分解和非晶化现象,生成产物有磷酸三钙、磷酸四钙、CaO等结晶相和大量的非晶相,水热处理能够促进分解后的结晶相和非晶相转化为结晶羟基磷灰石;②150℃水热保温8 h后,涂层的结晶度由6.9％提高到93.76％;③喷涂后涂层中存在较多的孔隙和裂纹,这增加了涂层整体的比表面积,加快了羟基磷灰石的溶解重结晶过程;水热处理促使纳米羟基磷灰石微晶在裂纹表面不断生成聚集,这是部分裂纹发生"自愈"现象的根本原因;④水热处理后涂层的弹性模量和微观硬度较喷涂后涂层得到明显提高;⑤结果表明,水热处理可有效提高羟基磷灰石涂层的结晶度、弹性模量和微观硬度.