摘要：目的研究粉末粒径对微束等离子喷涂羟基磷灰石(HA)扁平粒子形貌和涂层的微观组织结构的影响。方法选取三组不同粒径范围(25~38μm、38~45μm、45~63μm)HA球形粉末,采用微束等离子喷涂方法在经镜面抛光的Ti-6Al-4V基体上收集扁平粒子,在经过喷砂处理的Ti-6Al-4V基体上沉积HA涂层。利用冷场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪,对扁平粒子形貌,以及涂层的形貌、相组成和择优取向进行分析。通过激光共聚焦显微镜(LSCM)观察扁平粒子的三维相貌,并对比分析扁平粒子的差异。结果微束等离子喷涂过程中,可形成几种典型形貌特征的扁平粒子,一是中间区域较厚,边缘位置较薄的扁球形;二是中间区域较薄,边缘位置较厚的圆盘状,该种扁平粒子相比于扁球形,其厚度较薄,直径较大;三是边缘位置存在"指状"溅射的圆盘状,其厚度与圆盘状扁平粒子厚度相当,但其直径范围较大。HA涂层的结晶度随着粉末粒径的减小而减小,HA的分解和非晶化逐渐增强,涂层的择优取向强度减弱,涂层中柱状晶比例减少。结论微束等离子喷涂过程中,粉末粒径对扁平粒子形貌和涂层相结构有显著影响。随着粒径的增加,扁平粒子由扁球形转变为边缘有少量"指状"溅射的圆盘状。粒径较小的HA粉末在等离子焰流中的熔化程度较高,导致涂层中分解相和非晶相含量增多,择优取向程度减小。

关键词：微束等离子喷涂 羟基磷灰石涂层 粉末粒径 扁平粒子 

单位：北京市生态环境材料及其评价工程技术研究中心; 北京100124; 北京工业大学材料科学与工程学院; 北京100124