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掺杂低含量SiO2对激光熔覆CaP生物陶瓷涂层性能的影响

刘均环 朱卫华 朱红梅 施佳鑫 管旺旺 陈志勇 何彬 王新林

刘均环, 朱卫华, 朱红梅, 施佳鑫, 管旺旺, 陈志勇, 何彬, 王新林. 掺杂低含量SiO2对激光熔覆CaP生物陶瓷涂层性能的影响[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(6): 606007-0606007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0606007
引用本文: 刘均环, 朱卫华, 朱红梅, 施佳鑫, 管旺旺, 陈志勇, 何彬, 王新林. 掺杂低含量SiO2对激光熔覆CaP生物陶瓷涂层性能的影响[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(6): 606007-0606007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0606007
Liu Junhuan, Zhu Weihua, Zhu Hongmei, Shi Jiaxin, Guan Wangwang, Chen Zhiyong, He Bin, Wang Xinlin. Effects of doping low-content SiO2 on properties of laser cladding CaP bioceramic coatings[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(6): 606007-0606007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0606007
Citation: Liu Junhuan, Zhu Weihua, Zhu Hongmei, Shi Jiaxin, Guan Wangwang, Chen Zhiyong, He Bin, Wang Xinlin. Effects of doping low-content SiO2 on properties of laser cladding CaP bioceramic coatings[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(6): 606007-0606007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0606007

掺杂低含量SiO2对激光熔覆CaP生物陶瓷涂层性能的影响

doi: 10.3788/IRLA201948.0606007
基金项目: 

湖南省自然科学基金(2015JJ3109);湖南省教育厅科学研究项目(16C1375);南华大学研究生科学基金(2018KYY066)

详细信息
    作者简介:

    刘均环(1993-),男,硕士生,主要从事激光加工技术方面的研究。Email:956624209@qq.com

    通讯作者: 朱卫华(1964-),男,副教授,硕士,主要从事激光加工技术方面的研究。Email:zhuweihua64@163.com;王新林(1970-),男,教授,博士,主要从事激光与物质相互作用方面的研究。Email:wxl_ly000@aliyun.com; 朱卫华(1964-),男,副教授,硕士,主要从事激光加工技术方面的研究。Email:zhuweihua64@163.com;王新林(1970-),男,教授,博士,主要从事激光与物质相互作用方面的研究。Email:wxl_ly000@aliyun.com
  • 中图分类号: TG178

Effects of doping low-content SiO2 on properties of laser cladding CaP bioceramic coatings

  • 摘要: 为提高医用TC4钛合金表面熔覆羟基磷灰石(HA)涂层的植入稳定性和生物活性,采用激光熔覆方法制备出不同含硅量的CaP生物陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了熔覆层组织形貌和物相组成。结果表明:添加SiO2(1wt.%、3wt.%)后形成Ca2SiO4相,熔覆层中部组织细化。通过电化学腐蚀和体外SBF浸泡实验研究了SiO2含量对涂层耐腐蚀性和生物活性的影响。电化学腐蚀结果表明:随着SiO2含量的增大,涂层表面腐蚀电流密度逐渐减小;体外SBF浸泡结果表明:添加SiO2可以加快涂层表面类骨磷灰石的形成,其中,添加SiO2为1wt.%时涂层表面类骨磷灰石呈均匀分布。因此,低含量SiO2可以提高生物陶瓷涂层的耐腐蚀性和生物活性。
  • [1] Legeros R Z. Calcium phosphates in oral biology and medicine[J]. Monogr Oral Sci, 1991, 15(15):1-201.
    [2] Kumari R, Majumdar J D. Wear behavior of plasma spray deposited and post heat-treated hydroxyapatite (HA)-based composite coating on titanium alloy(Ti-6Al-4V) substrate[J]. Metallurgical Materials Transactions A, 2018, 49(7):3122-3132.
    [3] Yong-Hoon Jeong, Han-Cheol Choe, William A Brantley. Hydroxyapatite-silicon film deposited on Ti-Nb-10Zr by electrochemical and magnetron sputtering method[J]. Thin Solid Films, 2016, 620:114-118.
    [4] Rajesh P, Muraleedharan C V, Komath M, et al. Pulsed laser deposition of hydroxyapatite on titanium substrate with titania interlayer[J]. Journal of Materials Science Materials in Medicine, 2011, 22(3):497-505.
    [5] Sun Chuguang, Liu Junhuan, Chen Zhiyong, et al. Cladding bio-ceramic coatings of low SiO2-HA on the surface of titanium alloy[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(3):0306003. (in Chinese)
    [6] Fujishiro Y, Hench L L, Oonishi H. Quantitative rates of in vivo bone generation for Bioglass and hydroxyapatite particles as bone graft substitute.[J]. Journal of Materials Science Materials in Medicine, 1997, 8(11):649-652.
    [7] Zhou X, Zhang N, Mankoci S, et al. Silicates in Orthopaedics and Bone Tissue Engineering Materials[J]. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 2017, 105(7):2090-2102.
    [8] Morks M F, Fahim N F, Kobayashi A. Structure, mechanical performance and electrochemical characterization of plasma sprayed SiO2/Ti-reinforced hydroxyapatite biomedical coatings[J]. Applied Surface Science, 2008, 255(5):3426-3433.
    [9] Morks M F. Fabrication and characterization of plasma-sprayed HA/SiO2 coatings for biomedical application[J]. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2008, 1(1):105-111.
    [10] Yang Y L, Paital S R, Dahotre N B. Wetting and bioactivity of laser processed CaP coating with presence and variation of SiO2 on Ti-6Al-4V[J]. Materials Technology, 2013, 25(3-4):137-142.
    [11] Yang Y, Serpersu K, He W, et al. Osteoblast interaction with laser cladded HA and SiO2-HA coatings on Ti-6Al-4V[J]. Materials Science Engineering C, 2011, 31(8):1643-1652.
    [12] Douard N, Detsch R, Chotard-Ghodsnia R, et al. Processing, physico-chemical characterisation and in vitro, evaluation of silicon containing -tricalcium phosphate ceramics[J]. Materials Science Engineering C, 2011, 31(3):531-539.
    [13] Seaborn C D, Nielsen F H. Effects of germanium and silicon on bone mineralization[J]. Biological Trace Element Research, 1994, 42(2):151-164.
    [14] Hing K A, Revell P A, Smith N, et al. Effect of silicon level on rate, quality and progression of bone healing within silicate-substituted porous hydroxyapatite scaffolds[J].Biomaterials, 2006, 27(29):5014-5026.
    [15] Kokubo T, Takadama H. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity?[J]. Biomaterials, 2006, 27(15):2907-2915.
    [16] Wang W, Wang M, Jie Z, et al. Research on the microstructure and wear resistance of titanium alloy structural members repaired by laser cladding[J]. Optics Lasers in Engineering, 2008, 46(11):810-816.
    [17] Liao C J, Lin F H, Chen K S, et al. Thermal decomposition and reconstitution of hydroxyapatite in air atmosphere[J]. Biomed Sci Instrum, 1999, 35(19):99-104.
    [18] Zhang X L, Jiang Z H, Yao Z P, et al. Effects of scan rate on the potentiodynamic polarization curve obtained to determine the Tafel slopes and corrosion current density[J]. Corrosion Science, 2009, 51(3):581-587.
    [19] Dehghanian C, Aboudzadeh N, Shokrgozar M A. Characterization of silicon-substituted nano hydroxyapatite coating on magnesium alloy for biomaterial application[J]. Materials Chemistry Physics, 2017, 203:27-33.
    [20] Ramakrishna S, Ramalingam M, Kumar T S S, et al. Biomaterials:A Nano Approach[M]. Boca Raton, Florida, CRC Press, 2010.
    [21] Zubair M A, Leach C. The effect of SiO2 addition on the development of low- grain boundaries in PTC thermistors[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2010, 30(1):107-112.
  • [1] 姚喆赫, 戴温克, 邹朋津, 余沛坰, 王发博, 迟一鸣, 孙振强, 张群莉, 姚建华.  超声对激光熔覆WC颗粒强化涂层耐磨防腐性能的影响(特邀) . 红外与激光工程, 2024, 53(1): 20230542-1-20230542-12. doi: 10.3788/IRLA20230542
    [2] 杨广峰, 郜峰, 崔静, 薛安源.  扫描速度对300M钢熔覆C276涂层组织及性能的影响 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20220328-1-20220328-9. doi: 10.3788/IRLA20220328
    [3] 洪捐, 蒯源, 程鹍, 张泽新, 钱峰, 钱俊, 陈如龙, 沈鸿烈.  硼掺杂纳米硅薄膜的多脉冲激光熔覆数值模拟及实验研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210023-1-20210023-10. doi: 10.3788/IRLA20210023
    [4] 蒋伟伟, 傅戈雁, 张吉平, 吉绍山, 石世宏, 刘凡.  三分光束光内同轴送丝熔覆层几何形貌预测 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0305005-0305005-9. doi: 10.3788/IRLA202049.0305005
    [5] 邱星武.  激光熔覆Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层的微观结构及性能 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 742004-0742004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0742004
    [6] 王聪, 石世宏, 方琴琴, 石拓, 夏志新.  封闭空腔回转薄壁件的激光熔覆成形 . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 106006-0106006(8).
    [7] 邱星武, 吴明军, 戚燕, 刘春阁, 张云鹏, 黄崇湘.  激光熔覆Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层的组织及耐蚀性能 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 706008-0706008(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0706008
    [8] 孙楚光, 刘均环, 陈志勇, 朱卫华, 朱红梅, 何彬, 王新林.  钛合金表面激光熔覆制备低含硅量生物陶瓷涂层 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 306003-0306003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0306003
    [9] 黄勇, 孙文磊, 陈影.  激光熔覆再制造复杂轴类零件的轨迹规划 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 506005-0506005(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0506005
    [10] 鞠恒, 林成新, 张佳琪, 刘志杰.  Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层残余应力模拟与测量 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1017009-1017009(10). doi: 10.3788/IRLA201777.1017009
    [11] 刘洪喜, 刘子峰, 张晓伟, 石海, 蒋业华.  稳恒磁场设计及电流强度对激光熔覆Fe55涂层微结构的影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 406001-0406001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0406001
    [12] 王彦芳, 李豪, 石志强, 肖亚梅, 孙旭, 王亭.  激光熔覆高耐蚀Fe基固溶体合金涂层 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 806001-0806001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0806001
    [13] 刘洪喜, 冷凝, 张晓伟, 蒋业华.  40Cr刀具表面激光熔覆WC/Co50复合涂层的微观组织及其磨损性能 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 120001-0120001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0120001
    [14] 李建忠, 黎向锋, 左敦稳, 许瑞华, 陈竹.  模拟研究离焦量对7050铝合金Al/Ti熔覆过程的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1126-1133.
    [15] 李靖, 李军, 何卫锋, 李玉琴, 聂祥樊, 何光宇.  TC17 钛合金激光多次冲击强化后组织和力学性能研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2889-2895.
    [16] 闫世兴, 董世运, 徐滨士, 王玉江, 任维彬, 方金祥.  激光熔覆过程中熔池对流运动对熔覆层气孔和元素分布的影响 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2832-2839.
    [17] 王维夫, 胡霄乐.  预氮化+熔覆复合处理制备微纳尺度TiN增强复合涂层 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 600-604.
    [18] 唐淑君, 刘洪喜, 张晓伟, 王传琦, 蔡川雄, 蒋业华.  H13钢表面激光选区熔覆Ni-Al金属间化合物涂层的组织与性能 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1621-1626.
    [19] 杨光, 王向明, 王维, 钦兰云, 卞宏友.  激光熔覆制备TiC颗粒增强涂层的组织和性能 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 795-799.
    [20] 安旭龙, 刘其斌, 郑波.  激光熔覆制备高熵合金MoFeCrTiWAlxSiy涂层的组织与性能 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1140-1144.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-05
  • 修回日期:  2019-02-13
  • 刊出日期:  2019-06-25

掺杂低含量SiO2对激光熔覆CaP生物陶瓷涂层性能的影响

doi: 10.3788/IRLA201948.0606007
    作者简介:

    刘均环(1993-),男,硕士生,主要从事激光加工技术方面的研究。Email:956624209@qq.com

    通讯作者: 朱卫华(1964-),男,副教授,硕士,主要从事激光加工技术方面的研究。Email:zhuweihua64@163.com;王新林(1970-),男,教授,博士,主要从事激光与物质相互作用方面的研究。Email:wxl_ly000@aliyun.com; 朱卫华(1964-),男,副教授,硕士,主要从事激光加工技术方面的研究。Email:zhuweihua64@163.com;王新林(1970-),男,教授,博士,主要从事激光与物质相互作用方面的研究。Email:wxl_ly000@aliyun.com
基金项目:

湖南省自然科学基金(2015JJ3109);湖南省教育厅科学研究项目(16C1375);南华大学研究生科学基金(2018KYY066)

  • 中图分类号: TG178

摘要: 为提高医用TC4钛合金表面熔覆羟基磷灰石(HA)涂层的植入稳定性和生物活性,采用激光熔覆方法制备出不同含硅量的CaP生物陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了熔覆层组织形貌和物相组成。结果表明:添加SiO2(1wt.%、3wt.%)后形成Ca2SiO4相,熔覆层中部组织细化。通过电化学腐蚀和体外SBF浸泡实验研究了SiO2含量对涂层耐腐蚀性和生物活性的影响。电化学腐蚀结果表明:随着SiO2含量的增大,涂层表面腐蚀电流密度逐渐减小;体外SBF浸泡结果表明:添加SiO2可以加快涂层表面类骨磷灰石的形成,其中,添加SiO2为1wt.%时涂层表面类骨磷灰石呈均匀分布。因此,低含量SiO2可以提高生物陶瓷涂层的耐腐蚀性和生物活性。

English Abstract

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