第十四届全国表面工程大会

333 / 2022-09-30 12:09:01

复合织构化界面改善热喷涂陶瓷涂层结合性能研究

等离子喷涂,织构,羟基磷灰石涂层,结合性能

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羟基磷灰石（Hydroxyapatite, HA）涂层被广泛应用于人工关节及牙种植体的表面改性，但其结合性能是影响植入体使用效果和使用寿命的关键因素。为了提高涂层的结合性能并探究涂层在不同界面上的结合机制，本研究提出一种喷砂-织构复合的表面预处理方法。利用大气等离子喷涂（APS）技术在喷砂及复合织构化基体表面制备HA陶瓷涂层。利用扫描电镜（SEM）表征不同参数复合织构化表面及其上涂层的沉积形貌。通过拉伸试验评估涂层的抗拉和抗剪强度，研究不同预处理表面涂层的失效形貌及其界面对涂层结合性能的影响机理。结果表明，不同深度复合织构化表面涂层的平均拉伸强度较喷砂表面提高了29.5%，平均剪切强度提高了26.6%。这是因为复合织构化表面增加了基体的表面粗糙度，增大了涂层的界面接触面积，减弱了应力集中效应。同时，复合织构化表面涂层以结合力更强的嵌入型和咬合型结合为主，从而增强了涂层在基体上的锚固，为HA涂层结合性能的改善提供一种有效的前处理方法。剪切失效界面为沿涂层内部裂隙扩展的带方向性的阶梯层片状断裂形貌，呈现出弱面剪切破坏特征，剪切强度与涂层质量相关，柱状织构界面涂层的抗剪性能表现最好。拉伸力作用使涂层沿内部缺陷产生微裂纹扩展，形成拔出坑及分散裂纹，并且拉伸强度与涂层的损伤程度呈正相关。深宽比参数在0.65附近的织构化界面有助于提高涂层的抗拉性能。