南京理工大学科技成果——钛合金人工关节头表面耐磨层的制备方法

钛合金摩擦磨损及改善技术的研究进展作者：余成君来源：《现代盐化工》2020年第03期摘要：从钛合金摩擦磨损的外部影响因素以及摩擦过程产物出发，综述了有关钛合金摩擦磨损性能与机理的研究认识，总结了当下较为常用的4类表面处理方法，即表面改性技术、表面涂镀技术、表面合金化技术以及表面复合处理技术。

最后指出了当前改善技术存在的不足，并对钛合金摩擦磨损性能的研究方向作出了展望。

关键词：钛合金;摩擦磨损机理;表面处理技术钛合金自20世纪50年代实现工业生产之后，由于其具备生物相容性、超导、储氢、形状记忆等独特功能，而被广泛应用在医疗器械、化工、航天航空、舰船等领域[1]，成为一种不可或缺的材料。

一直以来，由于钛合金的低摩擦学属性，在实际工业应用中，钛合金的表面很容易发生摩擦磨损[2]，钛合金的摩擦磨损性能较差可认为有以下几个原因：（1）加工硬化率及塑性剪切抗力低。

（2）摩擦过程闪温致使氧化膜脆弱易脱落。

（3）表面硬度较差。

钛合金应用越广泛，所产生的磨损问题越多、越复杂[3]。

因此，理解并掌握钛合金在不同使用环境中的摩擦磨损机理是改善钛合金摩擦磨损性能的重要研究步骤，但是在当前关于钛合金摩擦磨损机理的有限研究中，许多解释还存在不统一的状况。

因此，本研究对当前的研究状况进行了综述，并根据影响因素总结了一些常用的表面处理技术。

1 钛合金的摩擦磨损钛合金因其优异的性能而在诸多领域得到了广泛的应用，然而，每种材料都有其优缺点。

钛合金因表面硬度较低、摩擦磨损性能较差，在很多情况下并不能满足实际生产要求。

针对钛合金摩擦磨损性能不足这一缺点，研究者做了大量研究，主要是为掌握钛合金摩擦磨损的机理，从而为改善钛合金的低摩擦学性能提供理论依据，钛合金的摩擦磨损形式主要有：冲蚀磨损、腐蚀磨损、粘着磨损、疲劳磨损以及微动磨损等[4]，在通常情况下，这几种形式的磨损是同时发生的，工况条件不同，磨损形式的主次也不同。

2 钛合金摩擦磨损的影响因素2.1 外部条件的影响因钛合金的塑性剪切抗力及加工硬化率较低，实际服役过程中，影响钛合金摩擦磨损性能的因素主要有载荷、位移幅值、温度、环境介质、对磨材料等。

钛合金表面涂层的制备及其性能研究随着科技和工业的不断发展，高性能材料的需求越来越大，钛合金作为一种优秀的材料被广泛应用于航空、航天、汽车、医疗等领域。

然而，钛合金的表面易受到氧化、腐蚀、磨损等因素的影响，这就需要通过涂层技术来改善其表面性能，延长材料的使用寿命，提高其在特定领域的应用价值。

本文旨在介绍钛合金表面涂层的制备及其性能研究，为相关领域的读者提供一定的参考。

一、钛合金表面涂层的分类钛合金表面涂层可以根据涂层材料的不同分类，大致可分为单层涂层和复合涂层两类。

单层涂层通常使用单一的材料或化合物，如硅化物、氮化物、碳化物等，可以提高钛合金的表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性。

而复合涂层则是将不同的材料或化合物组合在一起，通常包括硬质相、润滑相、金属基体等，可以同时提高钛合金表面的机械性能和化学性能。

二、钛合金表面涂层的制备方法目前，制备钛合金表面涂层的方法主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、溅射沉积、电化学沉积和喷涂等。

其中，物理气相沉积是最常用的技术之一，其基本原理是利用高能电子束、离子束、等离子体等将涂层材料直接沉积在钛合金表面，形成复合涂层。

化学气相沉积的原理是将金属有机化合物气体进行分解，生成金属离子和氧化物，然后与气体中的氢原子反应，最终生成涂层。

溅射沉积技术则是将涂层材料放置在真空室中，在离子轰击或电子轰击的作用下，将其析出并沉积在钛合金表面。

电化学沉积技术则是利用电化学反应，在钛合金表面形成涂层。

除了以上几种常用的制备方法以外，喷涂技术也被广泛应用于钛合金表面涂层的制备。

喷涂技术又可分为火焰喷涂、等离子喷涂、渐进尺寸喷涂等多种方式，适用于不同涂层材料和不同需求的应用场合。

三、钛合金表面涂层的性能研究钛合金表面涂层的性能研究涉及到多个方面，如机械性能、热学性能、化学稳定性、表面能等等。

在机械性能方面，涂层应具有足够的硬度、强度和韧性，以抵御外部因素的影响。

热学性能方面，则需要涂层具有良好的导热性和热稳定性，能够有效地抵御高温和低温的变化。

钛合金表面生物活性涂层的制备与生物学性能研究钛合金是一种重要的医用材料，广泛应用于人工关节、口腔种植等领域。

然而，钛合金表面的生物惰性限制了其在医学领域中的应用范围。

为了提高钛合金表面的生物活性，研究人员采用了许多方法，其中包括表面涂层技术。

钛合金表面涂层技术是将材料涂覆在钛合金表面，以改善其生物活性。

生物相容性好且不易脱落的涂层材料，能够在体内促进骨细胞的生长和再生，从而增强人工关节和人工牙齿的稳定性。

研究发现，钛合金表面涂层技术是一种比较有效的方法，可显著提高钛合金表面的生物活性。

近年来，许多研究者将钛合金表面涂层技术应用于生物活性涂层制备上。

生物活性涂层是一种新型的涂层材料，可通过增加钙质来提高生物活性。

据报道，利用生物活性涂层制备的钛合金表面，具有良好的生物相容性和生物活性。

因此，本文将针对钛合金表面生物活性涂层的制备与生物学性能进行研究。

1、钛合金表面生物活性涂层的制备制备钛合金表面生物活性涂层的方法有许多种，如有机溶剂法、水热法和离子共存法等。

其中，有机溶剂法是最常用的方法之一，因为它具有以下优点：操作简单、反应条件温和、涂层均匀且具有良好的附着力。

钛合金表面生物活性涂层的制备步骤如下：1) 准备涂层溶液：将适量的钙源和磷源加入有机溶剂中，将其混合均匀，即可得到涂层溶液。

2) 钛合金表面预处理：将钛合金表面放入丙酮中，紫外线照射30分钟。

3) 涂层制备：将钛合金表面取出，涂上涂层溶液，将其晾干。

4) 热处理：将涂有生物活性涂层的钛合金表面放入高温炉中，加热至1000℃，保温3小时。

热处理完成后，使钛合金表面得到致密，坚固的涂层。

2、钛合金表面生物活性涂层的生物学性能2.1 生物相容性钛合金表面生物活性涂层的生物相容性是指其能否与人体组织相容。

为了评估涂层的生物相容性，我们进行了研究。

结果表明，钛合金表面涂有生物活性涂层后，对人体组织没有不良反应，表面附着力强、稳定性好。

2.2 生物活性生物活性是评价涂层材料的重要性能之一。

钛合金的表面强化技术钛合金是一种高强度、高耐腐蚀性的金属材料，广泛应用于航空、航天、医疗、化工等领域。

然而，由于其表面硬度和耐磨性较低，容易受到磨损和划伤，因此需要采取表面强化技术来提高其性能。

下面介绍几种常见的钛合金表面强化技术。

1. 氮化处理氮化处理是目前应用最广泛的表面强化技术之一。

通过在钛合金表面形成氮化层来提高其硬度和耐磨性。

氮化处理分为等离子氮化和氨气氮化两种类型。

等离子氮化是指将钛合金放置在高温下，使氮气分解并离子化，产生负离子氮，形成氮化层。

氨气氮化是指将钛合金表面覆盖一层氮化物衬底，在高温下将氨气注入气氛中，通过扩散形成氮化层。

氮化处理能使钛合金表面硬度提高两倍以上，耐磨性和抗疲劳性能也有所提高。

2. 碳化处理碳化处理是将钛合金表面涂覆一层碳质细粉，然后在高温下使其扩散反应，形成一层碳化物。

碳化处理能够提高钛合金表面硬度，降低磨损和摩擦系数，增加其使用寿命。

但碳化层较脆，容易开裂和脱落，需要加强边角区域的保护。

3. 氟化处理氟化处理是将钛合金表面涂覆一层氟聚合物，然后在高温下使其分解，形成一层氟化物膜。

氟化膜具有很好的防腐蚀性能和润滑性能，能够降低钛合金表面的磨擦和磨损，延长其使用寿命。

但氟化处理容易受到环境中的杂质和污染物的影响，需要在清洗前进行处理。

4. 微弧氧化处理微弧氧化处理是一种在电解液中加高电压，使钛合金表面产生氧化层的技术。

氧化层硬度高、耐磨性好、耐蚀性强，在航空、航天等领域具有广泛的应用。

但微弧氧化处理需要掌握处理参数，对处理设备的要求比较高，成本也相对较高。

总之，钛合金表面强化技术为钛合金的应用提供了重要的支撑。

在实际应用中需要根据具体情况选择合适的强化技术，对钛合金表面进行处理，以提高其性能和使用寿命。

钛合金作为一种高强度、高耐腐蚀性的金属材料，已经被广泛应用于航空、航天、医疗、化工等领域。

下面列举了一些与钛合金有关的数据，进行详细分析。

1. 钛合金的硬度钛合金的硬度与其合金成分、制备工艺、热处理等因素有关。

钛合金表面激光熔覆制备生物陶瓷涂层及其生物活性研究钛合金表面激光熔覆制备生物陶瓷涂层及其生物活性研究钛合金材料因其良好的生物相容性和力学性能，被广泛应用于医疗领域。

然而，其表面的生物活性仍然有待提高。

为了提高钛合金表面的生物活性，研究人员开始采用激光熔覆技术制备生物陶瓷涂层，并对其生物活性进行深入研究。

激光熔覆技术是一种将陶瓷材料熔化并喷洒在金属表面形成涂层的方法。

在钛合金表面激光熔覆制备生物陶瓷涂层的过程中，激光的熔覆温度、喷洒速度和陶瓷材料的种类等因素对涂层的质量和生物活性有着重要影响。

因此，选择合适的工艺参数和材料具有重要意义。

研究表明，激光熔覆制备的生物陶瓷涂层具有良好的结合强度和致密性。

这是因为激光能量的作用下，陶瓷材料与钛合金表面发生反应，形成了良好的界面。

同时，激光熔覆技术还能够提高涂层的生物活性。

一些研究表明，激光熔覆制备的生物陶瓷涂层能够促进骨细胞的生长和骨组织的再生，具有巨大的潜力在骨缺损修复和植入物表面修饰方面的应用。

除了生物活性，激光熔覆制备的生物陶瓷涂层还具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。

这使得其在膝关节和髋关节等关节植入物的表面涂覆应用中具备优势。

研究人员通过多种方法对激光熔覆制备的生物陶瓷涂层进行了生物性能测试，研究结果表明其生物相容性良好，并且对骨细胞具有良好的生长和附着性。

此外，研究人员还对激光熔覆制备的生物陶瓷涂层的生物活性机制进行了探究。

结果表明，涂层表面的微观形貌和化学成分对其生物活性有着重要影响。

具有适当粗糙度和合适元素的涂层能够提供更好的细胞附着和增殖环境。

综上所述，钛合金表面激光熔覆制备的生物陶瓷涂层具有良好的生物活性和生物相容性。

这为其在骨缺损修复和植入物表面修饰等医疗领域的应用提供了良好的前景。

然而，目前钛合金表面激光熔覆制备生物陶瓷涂层的研究还处于初级阶段，没有形成统一的规范和工艺流程。

未来的研究需要进一步探究激光熔覆制备技术的工艺参数和涂层材料的选择，以提高涂层的生物活性和稳定性综上所述，激光熔覆制备的生物陶瓷涂层在骨细胞的生长和骨组织再生方面具有良好的生物活性，且具备耐磨性和耐腐蚀性，在关节植入物表面涂覆方面具有优势。

第52卷第12期表面技术2023年12月SURFACE TECHNOLOGY·351·钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能周志强1，郝娇山1*，宋文文1，孙德恩2，李黎1，蒋永兵1，张健1（1.重庆川仪调节阀有限公司，重庆 400707；2.西南大学 材料与能源学院，重庆 400715）摘要：目的研究温度对钛合金表面Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响，探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。

方法采用大气等离子喷涂技术（APS）在TC4钛合金表面制备Al2O3-40%TiO2（AT40）陶瓷涂层。

采用扫描电子显微镜（SEM）和能量分散谱仪（EDS），对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。

借助维氏显微硬度计，研究 AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律，以及高温下的显微硬度。

采用多功能摩擦磨损试验机，测试AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的摩擦磨损性能，并进行原位在线自动3D形貌表征。

结果 AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构，各相分布均匀，涂层结构致密，平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。

AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。

在200、350 ℃时，AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03，磨损率分别为(7.8±0.01)×10–5 mm3/(N·m)和(37.2±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。

500 ℃时，涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和(134.4±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，磨痕深度和磨损体积大幅增加，耐磨性能降低。

第53卷第5期表面技术2024年3月SURFACE TECHNOLOGY·69·TC4钛合金表面超音速火焰喷涂防护涂层及其摩擦学性能研究刘畅1,2，张春晖3，杜鹏程1,2，许建亮4，高名传1,2，陈同舟1,2*（1.武汉材料保护研究所有限公司，武汉 430030；2.特种表面保护材料及应用技术国家 重点实验室，武汉 430030；3.武汉船用机械有限责任公司，武汉 430080；4.凌云科技集团有限责任公司，武汉 430030）摘要：目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损，提升钛合金零部件的使用寿命。

方法采用超音速火焰喷涂（HVOF）方法在TC4钛合金表面上制备Cr3C2-NiCr、Ni50和NiCr涂层。

采用扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度计等分析涂层的显微结构及力学性能，采用多功能摩擦磨损试验机及白光共焦三维形貌仪测试和分析不同涂层与TC4钛合金在干摩擦条件下的摩擦学性能。

结果 Ni50和NiCr涂层的硬度分别为680HV0.3和438HV0.3，低于Cr3C2-NiCr涂层硬度1 120HV0.3。

在高载荷作用下，由于Ni50和NiCr涂层的硬度较低，导致其颗粒界面出现裂纹，断裂韧性测试表现低于Cr3C2-NiCr涂层。

3种涂层的摩擦系数及波动均大于TC4钛合金基材。

Cr3C2-NiCr涂层对TC4的切削和NiCr涂层对TC4的黏着导致了TC4对磨副的严重磨损。

中等硬度的Ni50涂层对TC4的切削和黏着作用分别弱于Cr3C2-NiCr和NiCr涂层，TC4对磨副的磨损损失最低。

结论采用超音速火焰喷涂技术制备Ni50涂层可以降低TC4钛合金基体和摩擦副的黏着磨损损失，本研究为钛合金表面耐磨涂层的设计和提高钛合金零部件间的摩擦性能提供了一种可行的方案。

关键词：HVOF；TC4钛合金；Cr3C2-NiCr涂层；Ni50涂层；断裂韧性；摩擦学性能中图分类号：TG174 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)05-0069-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.05.007Tribological Properties of HVOF-sprayed ProtectiveCoatings on TC4 Titanium AlloyLIU Chang1,2, ZHANG Chunhui3, DU Pengcheng1,2, XU Jianliang4,GAO Mingchuan1,2, CHEN Tongzhou1,2*(1. Wuhan Research Institute of Materials Protection, Wuhan 430030, China; 2. State Key Laboratory of Special SurfaceProtection Materials and Application Technology, Wuhan 430030, China; 3. Wuhan Marine Machinery Plant Co., Ltd., Wuhan 430080, China; 4. Lingyun Science & Technology Group Co., Ltd., Wuhan 430030, China)ABSTRACT: The wear resistance of titanium alloy is one of the most important factors which affect its performance and收稿日期：2023-02-04；修订日期：2023-05-17Received：2023-02-04；Revised：2023-05-17基金项目：煤燃烧国家重点实验室开放基金资助项目（FSKLCCA1901）；中国机械科学研究总院集团有限公司技术发展基金项目（FZJJ202129）Fund：The Foundation of State Key Laboratory of Coal Combustion (FSKLCCA1901); Foundation of China Academy of Machinery Science and Technology Group (FZJJ202129)引文格式：刘畅, 张春晖, 杜鹏程, 等. TC4钛合金表面超音速火焰喷涂防护涂层及其摩擦学性能研究[J]. 表面技术, 2024, 53(5): 69-77. LIU Chang, ZHANG Chunhui, DU Pengcheng, et al. Tribological Properties of HVOF-sprayed Protective Coatings on TC4 Titanium Alloy[J]. Surface Technology, 2024, 53(5): 69-77.*通信作者（Corresponding author）·70·表面技术 2024年3月service life. In previous studies, the wear resistance of titanium alloy surface protective coatings was mainly researched with stainless steel and Si3N4 ceramics as friction pairs, and there was a lack of research on the wear performance between the protective coating and titanium alloy. In order to reduce the abrasion and find out a wear-resistant coating system that is applicable for the friction between titanium alloy parts, Cr3C2-NiCr, Ni50, and NiCr coatings, with high, medium, and low hardness, respectively, were sprayed on the surface of TC4 titanium alloy by HVOF. A scanning electron microscope (SEM) anda microhardness tester were used to analyze the microstructure and mechanical properties of the coatings. The tribologicalproperties of the coatings in friction with TC4 titanium alloys were measured with a versatile friction and wear test machine. The results of the mechanical and wear test results showed that the hardness of Ni50 and NiCr coatings was lower than that of the Cr3C2-NiCr coating. The lower hardness of Ni50 and NiCr coatings lead to the cracks generated at particle interfaces that around the indention when they were subject to a load of 49 N. However, differ from the crack morphology of Ni50 and NiCr coatings, the cracks in higher hardness Cr3C2-NiCr coatings propagated along the particle interface. The fracture toughness of the two coatings was 3.58 MPa·m1/2 and 1.69 MPa·m1/2, respectively, which were lower than that of Cr3C2-NiCr coatings with a value of3.65 MPa·m1/2. The hardness of TC4, Cr3C2-NiCr, Ni50 and NiCr coatings were 314HV0.3, 1 120HV0.3, 680HV0.3, and438HV0.3, respectively. However, the Ni50 coatings, as well as, the TC4 friction pair that was in friction with Ni50 coatings showed the lowest specific wear rate and wear loss, with the value of 0.87×10–7 mm3/(N·m) and 2.84 g, respectively. The coating specific wear rate of Ni50 coatings was 2.53, 0.84, and 0.08 times than TC4 alloy, Cr3C2-NiCr, and NiCr coatings, respectively.Meanwhile, the wear loss of the TC4 friction pair in friction with Ni50 was 1.1, 0.3, and 0.04 times than the friction pair that was in friction with TC4 alloy, Cr3C2-NiCr, and NiCr coatings, respectively. The wear mechanism of the TC4 substrate in friction with TC4 was adhesive wear, which was same with NiCr coatings in friction with TC4 friction pairs. Due to the low fracture toughness, the NiCr coating sufferred a much greater wear loss than Cr3C2-NiCr and Ni50 coatings. The wear mechanism of Cr3C2-NiCr coatings and TC4 friction pairs was adhesive wear and abrasive wear, resulting in a significant cutting effect and leading to a greater wear loss of TC4 friction pairs. The Ni50 coatings showed a moderate hardness but a relatively large fracture toughness compared with Cr3C2-NiCr and NiCr coatings. The cutting effect and adhesion effect of Ni50 coatings on friction pairs was lower than that Cr3C2-NiCr coatings and NiCr coatings, respectively, and the wear loss of the coatings and friction pairs was lower than the other two. In summary, the Ni50 coatings prepared by HVOF can reduce the adhesion wear loss of TC4 titanium alloy substrates and friction pairs. This study provides a feasible scheme for the design of wear resistant coatings on titanium alloy surfaces and for the improvement of friction properties between titanium alloy parts.KEY WORDS: HVOF; TC4 alloy; Cr3C2-NiCr coating; Ni50 coating; fracture toughness; tribological property钛合金因其具有比强度高、耐腐蚀、耐疲劳、低密度、低热膨胀系数等优异特性，广泛应用于航空航天、海洋装备、石油化工、医疗器械等领域[1-2]。

(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510585239.4(22)申请日 2015.09.15A61L 27/06(2006.01)A61L 27/50(2006.01)A61L 27/02(2006.01)A61K 6/04(2006.01)A61K 6/02(2006.01)(71)申请人金陵科技学院地址211169 江苏省南京市江宁区弘景大道99号(72)发明人林青 赵秋莹 王鑫华 张小娟(74)专利代理机构南京知识律师事务所 32207代理人高玲玲(54)发明名称水化硅酸钙凝胶复合钛合金材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种水化硅酸钙凝胶复合钛合金材料及其制备方法和应用，复合钛合金材料是将水化硅酸钙凝胶复合于钛合金材料表面。

钛合金表面经过预处理、碱性氧化处理后和水化硅酸钙凝胶反应后得到水化硅酸钙凝胶复合钛合金材料。

可应用于在人体骨/牙组织缺损修复和微创治疗中，还可用股骨头坏死用修复材料；脊柱矫形、融合植入材料；钢板、螺钉内固定植入粘结、强化材料；牙槽骨缺损修复及牙根植入材料等。

水化硅酸钙复合钛合金材料表面钙、硅离子可以有效释放，具有优异的生物活性和骨激发性能，能与骨组织形成化学键合，并能促进骨组织生长。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 105194726 A 2015.12.30C N 105194726A1.一种水化硅酸钙凝胶复合钛合金材料，其特征在于：所述复合钛合金材料是将水化硅酸钙凝胶复合于钛合金材料表面。

2.根据权利要求1所述水化硅酸钙凝胶复合钛合金材料，其特征在于：所述水化硅酸钙凝胶组成为CaO-SiO2-H2O，Ca/Si摩尔比为1.0～2.0。

3.根据权利要求1所述水化硅酸钙凝胶复合钛合金材料，其特征在于：所述钛合金为纯Ti、Ti-Ni合金、Ti-Al-V合金或Ti-Al-Mo合金。

钛合金球头镀类金刚石碳膜人工髋关节磨屑分析屈文振;廖伟雄;张浩;李冀;王克涛;杨以萌;李众利【摘要】目的分析钛合金球头镀类金刚石碳（diamond-like carbon,DLC）膜人工髋关节的磨屑特征。

方法实验设置3组：进口关节组（A）,钴铬钼合金球头对超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE）臼杯（CoCrMo-UHMWPE,Zimmer,America）;镀膜关节组（B）,镀类金刚石碳膜钛合金球头对超高分子量聚乙烯臼杯（Ti-DLC-UHMWPE,京航,中国）;国产关节组（C）,钴铬钼合金球头对超高分子量聚乙烯臼杯（CoCrMo-UHMWPE,京航,中国）。

髋关节模拟机运行0.33×106转后,收集含有磨屑的小牛血清润滑液,经酸消解过滤后,用扫描电镜-能量色散X线分析仪鉴定滤膜上的磨屑。

采用Image-Pro Plus 6.0对电镜图片进行图像分析获取颗粒大小、形状、数量信息,比较各组的差异。

结果能量色散X线分析显示磨屑的元素峰主要为碳（C）峰,未见明显的钴（Co）、铬（Cr）、钼（Mo）、钛（Ti）等金属元素峰。

各组磨屑60%以上为类球状颗粒,粒径为0.1～40μm,0.1～1μm的颗粒数量较多,1μm以上的颗粒所占体积百分比大;B组滤膜上的磨屑数量少于另外两组。

结论实验产生的磨屑主要为超高分子量聚乙烯颗粒;钛合金球头镀类金刚石碳膜人工髋关节可减少磨屑的数量。

【期刊名称】《解放军医学院学报》【年(卷),期】2015(036)012【总页数】5页(P1217-1221)【关键词】髋假体;超高分子量聚乙烯;类金刚石碳;磨屑【作者】屈文振;廖伟雄;张浩;李冀;王克涛;杨以萌;李众利【作者单位】解放军总医院骨科,北京100853【正文语种】中文【中图分类】R318人工全髋关节置换术(total hip arthroplasty，THA)经过不断发展，目前已经成为最常见的关节置换手术[1]。

—————————钛合金表面激光熔覆原位合成ＴｉＢ＋ＴｉＢ：／Ｔｉ复合材料涂层蔡利芳等——公式（７）中的Ｃ“为恒压摩尔热容，其中口ｉ，ｂ；，ｃ；，ｄ；为物质ｉ的特性常数。

对于任何一个化学反应其吉布斯自由能变化的计算公式可表示为：ＡＧ＝Ｇ产物一Ｇ反应物（８）利用文献［９，１０］中的热力学数据，按照上面给出的公式计算了上述化学反应的吉布斯自由能ＡＧ，计算结果见图１。

由图可知，三个反应的吉布斯自由能变化△Ｇ均为负值，说明在激光熔覆过程中，上述三个反应均可能发生。

同时，由于反应（２）的吉布斯自由能变化值最低，因此在Ｔｉ—Ｂ材料系统中生成ＴｉＢ：的倾向最大，但是当有过量Ｔｉ存在时，先生成的ＴｉＢ：将会与过量的Ｔｉ发生式３所示的反应，形成ＴｉＢ，因此激光熔覆结果中会存在ＴｉＢ和ＴｉＢ２两种增强相。

０－６０．１２０・１Ｂ０—２４０－３０００５００１０００１５００２０００２５００眦２０３０４０５０６０７０８０９０１００１ｌＯ２０／（‘）图２激光熔覆涂层Ｘ射线衍射谱图３为激光熔覆层横截面的组织，从图中可知，在两种不同比例混合粉末条件下，激光熔覆层均与基体形成了良好的冶金结合，激光熔覆层内部组织致密，反应生成的增强相均匀地分布在钛合金基体中。

随着Ｂ粉含量的增加（见图３ｂ），熔覆层中形成的增强相增多。

由于试验中预置粉末层较厚，在结合界面处由于激光能量不足存在少量的未完全反应的Ｂ颗粒（图３ａ中箭头所示）。

在图３ａ中界面附近出现未形成增强相颗粒的区域（Ａ），是由于表面部分熔化的钛合金粉末颗粒未及参与激光熔池的物理冶金过程所致。

图１式（１）式（２）和式（３）的Ｇｉｂｂｓ自由能ＡＧ随温度的变化２．２微观组织和相分析（ａ）ｎ—ＩＢ（”Ｔｉ－２Ｂ单道激光熔覆带表面光滑，均匀致密，无裂纹，宽约４．５ｍｍ，厚约１．５ｍｍ。

图２是Ｔｉ－２Ｂ混合粉末经激光图３激光熔覆层横截面的宏观形貌熔覆后熔覆层的ｘ射线衍射分析结果，由图２可知，熔（Ｐ２１．５ｋＷ，Ｖ＝５。