多孔结构钛合金表面钽涂层制备技术研究

多孔结构钛合金表面钽涂层制备技术研究

拓万勇1,2，张亚军1，李小平1，刘磊1，李兴玉1，海龙1

1.宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏 石嘴山 753000； 2. 西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司稀有金属特种材料国家重点实验室，宁夏 石嘴山 753000

摘要：本文介绍了多孔结构钛合金基材表面钽涂层制备原理及方法，通过分别采用EDX（能量色散X射线光谱仪）、SEM（扫描电镜）、XRD(X射线衍射)对涂层成分、形貌、厚度等进行分析以及采用划痕法对涂层结合力进行检测，研究发现采用化学气相方法在多孔结构钛合金表面制备钽涂层成分、厚度均匀，同时具有良好的结合力，涂层厚度＞10μm，结构致密的钽涂层。

关键词：多孔结构;钽涂层

中图分类号： TG372         文献标识码：A

相比于最常用的钛金属，钽金属具有更好的生物相容性以及骨融合能力。钽金属的弹性模量更接近骨组织，较其他金属更适合仿生人体的骨小梁结构。可以促进骨组织和血管组织快速长到多孔的孔隙中，其高度的多孔性和支撑结构提供了广泛的骨长入空间，形成良好的生物固定作用，可有效解决骨水泥放热，对周围组织的影响，是临床上的一大进步。

钽金属应用于人体植入受其密度较大原因一定程度限制了其应用推广，通过在钛及钛合金表面制备钽涂层可以将两种材料完美结合，即解决了使用纯钽材料比重较大的问题，同时也提高了钛及钛合金植入体的生物相容性。

1实验

实验采用φ5×10mm TC4(Ti-6Al-4V)多孔结构基材反应源材料使用高纯度TaCl5，工作气体为高纯氢气、氮气、氦气及氩气（纯度大于99.99%）。 TC4多孔结构基材基材超声波乙醇去污、清洗，去离子水清洗、干燥。将TaCl 5 加热至250℃，用载气(He与H 2 )载带TaCl5 气体进入石英反应器，同时向石英反应器内通入N2和H 2，反应进行4小时停止通入N2 ，继续以1000mL/min的流量通入H 2，在 TC4多孔结构基材表面制备钽涂层。

2结果分析

2.1钽涂层表面成分分析

           图1涂层表面形貌                             图2表面能谱分析

           图3涂层截面形貌                             图4截面能谱分析

     从图1、2、3、4看出表面及截面钽涂层致密均匀分布，均为为100% Ta金属材料。

2.2涂层厚度分析

          图5截面形貌                             图6截面形貌

从图5、6看出涂层厚度＞10μm，涂层厚度分布较为均匀。

2.3结合强度分析

图7划痕法检测结合力形貌  图8 划痕后能谱

2.4多孔结构钽涂层形貌分析

图9 30×电镜下形貌                       图10 300×电镜下形貌

    从以上分析结果可以看出，采用化学气相方法在多孔结构TC4表面制备钽涂层分布均匀，内部结构中均均匀制备表面钽涂层涂。

3 结论

1.采用化学气相沉积的方式制备钽涂层致密均匀，具有较强的结合力同时钽涂层均匀分布于多孔结构内部。

2.采用化学气相沉积的方式可实现复杂多孔结构以及不同孔隙率基材表面的钽涂层制备，为涂钽植入体制备提供技术保障。

                                         参考文献

[1] 彭志辉． 稀有金属材料加工工艺学［M］. 长沙:中南大学出版社，2003 年 .