激光熔覆原位生成CaTiO3陶瓷涂层及热力学分析

司秀丽; 张思靓; 白伟; 杨玉玲

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.01.030

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

激光熔覆原位生成CaTiO3陶瓷涂层及热力学分析

司秀丽 , 张思靓 , 白伟 , 杨玉玲

文章导航 > 激光技术 > 2013 > 37(1): 121-125

引用本文:

Citation:

激光熔覆原位生成CaTiO3陶瓷涂层及热力学分析

1.
东北大学理学院, 沈阳 110819

作者简介: 司秀丽(1989- ),女,人学本科生,日前从事激光表而改性方向的研究..

通讯作者: 杨玉玲, yulingyang@mail.neu.edu.cn

基金项目:
国家自然科学基金青年科学基金资助项目(50801012);中央高校基本科研业务费资助项目(N100405001);辽宁省自然科学基金资助项目(20102012);国家大学生创新性实验计划资助项目(110112)
中图分类号:
TG156.99

Study on in-situ formation of CaTiO3 biocoating via laser cladding and its thermodynamic analysis

1.
College of Science, Northeastern University, Shenyang 110004, China

Corresponding author: YANG Yu-ling, yulingyang@mail.neu.edu.cn

CLC number:
TG156.99

摘要: 为了改善钛合金表面生物活性,采用500W脉冲Nd:YAG激光作为热源,平均粒度约为20m的Ti粉和CaCO3粉为预涂材料,利用激光熔覆原位自生的方法,在Ti-6Al-4V表面制备CaTiO3陶瓷涂层.通过热力学分析,并结合X射线衍射分析方法,研究了原位自生CaTiO3的反应机理以及主要工艺参量(扫描速率、电流强度)对原位自生CaTiO3陶瓷涂层的影响.热力学计算表明,在激光熔池内,可原位生成以CaTiO3为主的陶瓷涂层.结合X射线衍射及激光共聚焦观察结果可知,在脉冲频率为30Hz、脉宽为1.0ms、离焦量为15mm的条件下,合适的扫描速率约为3mm/s,电流强度为240A.最佳条件下制备的涂层主要成分为CaTiO3以及部分钛的氧化物.结果表明,熔覆层内为枝晶和胞晶组织,分布比较均匀,原位生成的陶瓷涂层与基底形成了良好的冶金结合.
- 激光技术 /
- 原位自生 /
- CaTiO3生物涂层 /
- 热力学分析
Abstract: CaTiO3 biocoating was in-situ fabricated on Ti-6Al-4V substrate via laser cladding technology to improve the bioactivity of titanium alloy.A pulsed YAG laser with a power of 500W was introduced as the radiation source.A mixture of pure titanium powder(average particle size 20m) and CaCO3 powder with a certain weight ratio was preplaced on the substrate as the precursor.The mechanism of in-situ fabrication of CaTiO3 biocoating was investigated by thermodynamic analysis.The effects of laser technologies such as laser scan speed and electrical current on the phase constituents and the surface morphology of the samples were studied.X-ray diffraction characterization and laser confocal scanning microscopy investigation showed that the proper parameters for laser cladding were as the following:pulsed frequency 30Hz,pulse width 1.0ms,defocus distance 15mm,laser scanning speed about 3mm/s,and electrical currency 240A.CaTiO3 and part of titanium oxides are the main phases in the coating.Optical microscopy result revealed that the microstructure in the coating was characterized as fine dendrites and cellular structure.A metallurgical bonding between the coating and the substrate was obtained.
- laser technique /
- in-situ fabrication /
- CaTiO3 biocoating /
- thermodynamic analysis

[1]	杨森 , 赵金兰 , 杨欣 . 激光熔覆制备梯度功能涂层的研究现状. 激光技术, 2007, 31(2): 220-224.
[2]	苗心向 , 袁晓东 , 程晓锋 , 贺少勃 , 郑万国 . 表面污染物诱导熔石英损伤的热力学数值模拟. 激光技术, 2011, 35(2): 285-288. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.02.039
[3]	杨洁 , 韩敬华 , 段涛 , 孙年春 , 郭超 , 冯国英 , 刘全喜 . 纳秒激光去除铝板表面漆膜热力学过程分析. 激光技术, 2013, 37(6): 718-722. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.003
[4]	林成虎 , 任靖日 , 贺春林 . 激光原位碳化铬-镍基复合涂层的组织特征. 激光技术, 2014, 38(2): 186-190. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.02.009
[5]	周芳 , 刘其斌 , 何良华 . 激光原位合成TiC-TiB2/Fe复合涂层及其抗氧化性研究. 激光技术, 2015, 39(4): 462-465. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.007
[6]	杨宁 , 李立凯 , 晁明举 . 激光熔覆原位生长VC-WxC颗粒增强镍基涂层研究. 激光技术, 2012, 36(5): 627-631. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.05.013
[7]	何良华 , 周芳 , 杨蕙瑶 . 激光熔覆原位合成TiC-TiB2增强钴基复合涂层的研究. 激光技术, 2013, 37(3): 306-309. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.03.008
[8]	张家雷 , 谭福利 , 王伟平 . 光强分布对激光辐照下柱壳热力学行为的影响. 激光技术, 2010, 34(5): 697-700. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.O5.033
[9]	张维平 , 马玉涛 , 刘硕 . 激光熔覆原位自生复合材料涂层的研究. 激光技术, 2005, 29(1): 38-39,55.
[10]	魏仑 , 陈庆华 , 龙晋明 , 李建国 , 蔡英文 . 激光熔覆原位自生复相陶瓷颗粒增强涂层. 激光技术, 2002, 26(4): 246-249.
[11]	李策 , 赵培娥 , 彭涛 , 冯力天 , 周杰 , 罗雄 , 周鼎富 . 3维激光测风雷达技术研究. 激光技术, 2017, 41(5): 703-707. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.05.017
[12]	高亚丽 , 王存山 , 张梅 , 熊党生 . 镁合金激光表面熔凝技术分析. 激光技术, 2009, 33(4): 362-365. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.008
[13]	吴侃 , 敖建锋 , 方茜 . 地面3维激光扫描技术建筑物特征线提取. 激光技术, 2012, 36(4): 553-556. doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.030
[14]	詹仪 . 掺Yb3+双包层光纤激光器的自脉冲行为分析. 激光技术, 2009, 33(6): 651-653. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.06.026
[15]	张昌春 , 石岩 . 激光熔覆高厚度涂层技术研究现状及发展趋势. 激光技术, 2011, 35(4): 448-452. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.04.004
[16]	王绍龙 , 王阳恩 , 陈奇 , 陈善俊 . 激光诱导击穿光谱技术定量分析原油金属元素. 激光技术, 2015, 39(1): 104-108. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.01.021
[17]	樊玉杰 , 周建忠 , 黄舒 , 卫登辉 , 王敏 . MEMS金属微构件的激光微喷丸强化技术分析与展望. 激光技术, 2010, 34(5): 665-669. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.O5.024
[18]	田国周 , 欧群飞 , 钟鸣 , 叶大华 , 吕百达 . 2kJ高能量钕玻璃激光器的热管理技术分析. 激光技术, 2007, 31(3): 253-256.
[19]	马泳 , 林宏 , 冀航 , 董天临 . 基于边缘探测技术的激光单稳频指标分析. 激光技术, 2007, 31(5): 469-472.
[20]	姜雨佳 , 张朝阳 , 黄磊 , 聂昕 , 刘皋 . 激光热力强化电化学沉积试验研究. 激光技术, 2016, 40(5): 660-664. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.05.009

点击查看大图

计量

文章访问数: 2883
HTML全文浏览量: 686
PDF下载量: 471
被引次数: 0

激光熔覆原位生成CaTiO3陶瓷涂层及热力学分析

通讯作者: 杨玉玲, yulingyang@mail.neu.edu.cn

作者简介: 司秀丽(1989- ),女,人学本科生,日前从事激光表而改性方向的研究.

1. 东北大学理学院, 沈阳 110819

收稿日期: 2012-05-02
录用日期: 2012-06-06
网络出版日期: 2013-01-25

基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金资助项目(50801012);中央高校基本科研业务费资助项目(N100405001);辽宁省自然科学基金资助项目(20102012);国家大学生创新性实验计划资助项目(110112)

关键词:

摘要: 为了改善钛合金表面生物活性,采用500W脉冲Nd:YAG激光作为热源,平均粒度约为20m的Ti粉和CaCO3粉为预涂材料,利用激光熔覆原位自生的方法,在Ti-6Al-4V表面制备CaTiO3陶瓷涂层.通过热力学分析,并结合X射线衍射分析方法,研究了原位自生CaTiO3的反应机理以及主要工艺参量(扫描速率、电流强度)对原位自生CaTiO3陶瓷涂层的影响.热力学计算表明,在激光熔池内,可原位生成以CaTiO3为主的陶瓷涂层.结合X射线衍射及激光共聚焦观察结果可知,在脉冲频率为30Hz、脉宽为1.0ms、离焦量为15mm的条件下,合适的扫描速率约为3mm/s,电流强度为240A.最佳条件下制备的涂层主要成分为CaTiO3以及部分钛的氧化物.结果表明,熔覆层内为枝晶和胞晶组织,分布比较均匀,原位生成的陶瓷涂层与基底形成了良好的冶金结合.