采用宽带激光熔覆技术,梯度设计的思想,添加不同含量稀土氧化物Nd2O3来提高复合涂层生物活性的方法,在TC4钛合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土梯度生物活性陶瓷涂层.使用MG63人成骨细胞与Nd2O3活性梯度涂层体外共培养,用MTT法测定成骨细胞碱性磷酸酶含量和通过SEM观察MG63细胞在活性涂层表面上的伪足生长情况.结果表明:稀土梯度生物活性陶瓷涂层碱性磷酸酶(ALP)的表达量均高于TC4合金和未加入Nd2O3的陶瓷涂层,成骨活性较好;成骨细胞向骨细胞分化能力是逐渐增强的;成骨活性与不同含量的Nd2O3合成的HA+β-TCP的数量密切相关,当Nd2O3的添加量为0.6wt.%时,具有最佳的成骨性能;生物活性复合涂层不仅能引起细胞的粘附生长,更重要的是能够促进细胞的定向分化,且统计学分析表明ALP含量具有明显的显著性.稀土活性梯度陶瓷涂层材料表面细胞伪足生长更旺盛,具有更好的生物相容性.
稀土氧化物Nd2O3 宽带激光熔覆 碱性磷酸酶 伪足生长 生物活性 rare earths oxide Nd2O3 wide-band laser cladding alkaline phosphatase pseudopodia growth bioactivity
采用宽带激光熔覆技术，通过加入不同含量的稀土氧化物Nd2O3来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物活性，在TC4钛合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土活性梯度陶瓷涂层。使用体外人成骨细胞MG63与Nd2O3稀土活性梯度陶瓷材料共培养，用四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色(MTT)法分析细胞增殖情况和通过SEM观察MG63细胞在稀土活性梯度陶瓷涂层材料上的粘附、生长情况。结果表明： Nd2O3稀土活性梯度陶瓷表面的细胞生长旺盛、细胞形态正常，活性涂层细胞相容性良好;涂层表面的HA+β-TCP钙磷基活性陶瓷相数量影响着成骨细胞的增殖，含有Nd2O3的生物陶瓷涂层比TC4钛合金的细胞相容行好，且含有w(Nd2O3)＝0.4%、w(Nd2O3)＝0.6%的生物陶瓷涂层表面成骨细胞繁殖最快;稀土活性梯度陶瓷材料不仅能够引起细胞的粘附生长，更重要的是要能够促进成骨细胞的定向分化。
稀土氧化物Nd2O3 宽带激光熔覆 细胞增殖 生物活性 rare earths oxide Nd2O3 wide-band laser cladding cell proliferation bioactivity
1 河南石油勘探局安全环保监察处, 河南 南阳 473132
2 贵州交通职业技术学院, 贵州 贵阳 550008
为了减少激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热裂纹, 提高涂层与基材的结合强度, 设计了一种梯度稀土生物陶瓷涂层, 采用宽带激光熔覆技术,在TC4钛合金表面制备了含HA＋β－TCP活性相的稀土活性梯度生物陶瓷复合涂层。利用SEM 、XRD分析手段对涂层形貌、相组成进行了研究; 通过模拟体液(SBF)浸泡实验(浸泡7 、14 d)考察了生物陶瓷涂层的生物活性; 利用电化学分析仪测试了生物活性陶瓷涂层的耐腐蚀性。结果表明, 当稀土氧化物Nd2O3添加量为w(Nd2O3)＝0.6%时, 宽带激光熔覆过程中催化合成HA＋β－TCP活性相的数量最多, 具有优异的表面形貌; 当稀土氧化物Nd2O3添加量为w(Nd2O3)＝0.6%时, 梯度稀土生物陶瓷涂层在SBF中浸泡不同时间点后表面沉积的类骨磷灰石相数量均较未加入Nd2O3的梯度生物陶瓷涂层多, 具有最好的生物活性, 且耐腐蚀性最佳。
宽带激光熔覆 梯度生物陶瓷涂层 稀土氧化物Nd2O3 生物活性 wide-band laser cladding gradient bioceramic coating rare earths oxide Nd2O3 bioactivity
1 贵州大学材料与冶金学院， 贵州 贵阳 550003
2 贵州省材料结构与强度重点实验室， 贵州 贵阳 550003
3 四川大学生物材料工程研究中心， 四川 成都 610064
为了减少激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力，提高涂层与基材的结合强度，设计了一种稀土活性生物梯度陶瓷涂层，采用宽带激光熔覆技术，在TC4合金上制备了含HA+β-TCP稀土活性梯度生物陶瓷复合涂层。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、模拟体液（SBF）以及电化学分析仪等手段对涂层组织结构、生物活性及耐腐蚀性进行了研究。结果表明，生物活性稀土梯度涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层3个层次，且各梯度层之间均为良好的化学冶金结合；稀土氧化物Nd2O3在宽带激光熔覆生物陶瓷的过程中具有催化合成HA+β-TCP的作用，且当Nd2O3质量分数为0.6%时，催化合成HA+β-TCP的量最多；当Nd2O3质量分数为0.4%～0.6%时，涂层的耐腐蚀性最好且涂层表面沉积的磷灰石相的量最多，具有最佳的生物活性。
激光加工 宽带激光熔覆 稀土氧化物Nd2O3 梯度涂层 生物活性 耐腐蚀性
1 贵州大学材料学院,贵州蔡家关550003
2 大连理工大学三束材料改性国家重点实验室
3 大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,大连116024
为了增加基材与生物陶瓷涂层之间的结合强度 ,消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的开裂倾向 ,设计了一种梯度生物陶瓷复合涂层并采用宽带激光熔覆技术在Ti- 6Al- 4V合金上制备了梯度生物陶瓷复合涂层 ,对其组织和性能进行了研究。结果表明 :钙和氧元素主要分布在生物陶瓷涂层中 ;钛和钒元素主要分布在基材和合金化层内 ;磷元素分布在合金层与陶瓷层中。合金层中基底组织上分布着白色共晶组织和白色颗粒 ,基底组织主要为Ti(Al,P ,Fe ,V)相 ,白色共晶组织主要为Fe2 Ti4O +AlV3 ,白色颗粒为结晶析出的Al3 V0 .3 3 3 Ti0 .666;生物陶瓷层中的基底组织为胞状晶 ,其上分布有灰色相和白色颗粒相 ,胞状晶主要为CaO、CaTiO3 和HA ,灰色相为 β -TCP及Ca2 Ti2 O6,白色颗粒相为TiO2 。陶瓷涂层表面形成了类珊瑚礁结构及短杆堆积结构。这种表面结构将有助于为骨细胞长入生物陶瓷涂层提供通道。陶瓷层与钛合金基体之间的结合强度大于 37.3MPa。合金层的最高硬度为 16 0 0HV0 .2 ,生物陶瓷涂层显微硬度最大值约为 130 0HV0 .2 。
宽带激光熔覆 梯度 生物活性陶瓷 复合涂层 组织 性能 Ti alloy wide-band laser cladding gradient bioceramic composite coating properties
郑州大学河南省激光应用技术重点实验室,郑州 450052
利用振荡聚焦光束和自动送粉技术,获得单道宽12mm以上、组织致密无缺陷的镍基合金激光熔覆层,并对其硬度分布、组织及成分进行了分析和测试.
宽带激光熔覆 振荡聚焦光束 自动送粉
