三甲酯C3H9O4P。
[0049]悬浮液中的固态颗粒的粒径在0.05-5μηι之间，能够形成稳定的悬浮液，或至少在磁力搅拌的辅助下，能够形成稳定的悬浮液。
[0050]前驱体溶液或悬浮液的溶剂可以采用去离子水、纯净水;或有机溶剂如乙醇、异丙醇。
[0051]除反应物质、固体成分和溶剂外，根据形成稳定溶液和悬浮液的需要，可以添加少量表面活性剂，如聚乙二醇等。
[0052 ]前驱体中溶质在溶剂中的质量百分比为1-20 %之间；悬浮液中的固态成分在溶剂中的含量在1-25%之间。
[0053]采用外力装置将液料通过针头注入到喷涂焰流中，外力装置可以是压力栗，也可以是婦动栗。
[0054]针头内径在0.1-0.5mm之间。
[0055]液料进入焰流后，经过蒸发、成核、长大、熔化和加速的全部过程或部分过程，沉积到基体上。
[0056]基体是金属材料，可以是钛合金、也可以是不锈钢或其它金属材料。
[0057]将一定量羟基磷灰石悬浮液加入到液料罐中，如图1所示，通过送料管2连接液料罐I与蠕动栗3，以及蠕动栗3与针头5。调节蠕动栗转速，液料以一定流量注入到等离子喷枪4的焰流中，使得液滴6在经过蒸发-加热-加速过程后形成的粒子束流7在等离子焰流的中心轴处，并在金属基体上形成涂层。然后通过X射线衍射XRD图谱计算涂层的结晶度，通过抛光断面光镜OM照片观察涂层的厚度，通过场发射扫描电镜FE-SEM观察涂层的微观形貌。
[0058]下面以具体实施例对本发明予以详细说明:
[0059]实施例1:
[0060]将35g粒径0.5μπι左右的羟基磷灰石粉末，分散于500mL无水乙醇，加入少量聚乙二醇，经过磁力搅拌后形成稳定的悬浮液，悬浮液以20mL/min的流量经过内径为0.24mm的针头送入到火焰喷枪焰流中，沉积在45号钢基体上形成羟基磷灰石涂层。喷枪所用气体为氧气和乙炔，喷枪移动速度为150m/s，每次向下移动2mm，连续喷涂15次。用X射线衍射仪观察相结构，如图2所示，通过XRD相位标定，轻基磷灰石8、磷酸三钙9、磷酸四钙10、氧化钙11，羟基憐灰石8峰最强，含量最尚，通过计算涂层结晶度为75%。
[0061 ] 实施例2:
[0062]将50g粒径Ιμπι左右的羟基磷灰石粉末，分散于100mL去离子水中，并加入少量分散剂，经过磁力搅拌后形成稳定的悬浮液，悬浮液以25mL/min的流量经过内径为0.26mm的针头送入到等离子喷枪焰流中，沉积在钛合金基体上形成羟基磷灰石涂层。喷涂过程中喷涂功率为30kW，喷枪移动速度为200m/s，每次向下移动2mm，连续喷涂20次。用场发射扫描电镜观察涂层表面微观结构。如图3所示，有较低的孔隙率，没有大气孔，涂层结合良好，涂层厚度为240μπι，即涂层沉积速率约为12μπι/次。通过XRD图谱计算，涂层结晶度为68 %。此参数适合制备厚度要求较薄、孔隙率较低的羟基磷灰石涂层。
[0063]实施例3
[0064]将0.5Μ硝酸钙，0.3Μ磷酸氢二铵和0.4Μ氨水溶液前驱体以30mL/min的流量经过内径为0.22mm的针头送入到等离子喷枪焰流中，沉积在不锈钢基体上形成羟基磷灰石涂层。喷涂过程中喷枪移动速度为250m/s，每次向下移动3mm，连续喷涂20次。用场发射扫描电镜FE-SEM观察微观结构。如图4所示，局部有小气孔，孔隙率适中。通过断面分析，涂层厚度为240μπι，即涂层沉积速率约为12μπι/次，通过XRD图谱计算，涂层结晶度为70%。此参数适合制备厚度要求较薄、具有多孔结构的羟基磷灰石涂层。
[0065]实施例4:
[0066]将IM硝酸钙，0.6Μ磷酸氢二铵和0.8Μ氨水溶液前驱体以20mL/min的流量经过内径为0.18mm的针头送入到超音速火焰喷枪焰流中，沉积在304不锈钢基体上形成羟基磷灰石涂层。喷涂过程中喷枪移动速度为300m/s，每次向下移动2mm，连续喷涂25次。用场发射扫描电镜FE-SEM观察微观结构。如图5所示，有明显的气孔，孔隙率较高。通过断面分析，涂层厚度为250μπι，即涂层沉积速率约为ΙΟμπι/次。通过XRD图谱计算，涂层结晶度为77 %。此参数适合制备厚度要求较薄、具有高孔隙结构的羟基磷灰石涂层。
[0067]实施例5:
[0068]将IM氢氧化钙，0.6Μ磷酸在40 °C下搅拌，滴加磷酸至pH值为9，将悬浮液以30mL/min的流量经过内径为0.26mm的针头送入到等离子喷枪焰流中，沉积在钛合金基体上形成羟基磷灰石涂层。喷涂过程中喷枪功率为30kW，喷枪移动速度为250m/s，每次向下移动4mm，连续喷涂25次。用场发射扫描电镜FE-SEM和XRD观察微观结构。涂层结合良好，孔隙率较低，表面有明显微观裂纹，涂层厚度为150μπι，即涂层沉积速率约为6μπι/次。通过XRD图谱计算，涂层结晶度为62%。此参数适合制备厚度要求较薄、较致密的羟基磷灰石涂层。
[0069]本发明克服了传统等离子喷涂工艺中羟基磷灰石涂层易分解、结晶度低的难题，通过将溶液前驱体或悬浮液注入热喷涂焰流，在金属基体上获得多孔或致密涂层。喷涂态涂层的结晶度远高于ISO 13779-2标准的45%，达到60-80%。适合制备厚度要求在50μπι?250μηι厚、结晶度尚的轻基憐灰石涂层
[0070]当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于步骤如下； (1)以液料，即钙盐溶液前驱体或羟基磷灰石悬浮液，为进料； (2)以等离子喷涂或超音速火焰喷涂或普通火焰喷涂热喷涂焰流为加热手段加热液滴； (3)通过压力栗或蠕动栗将液料注入焰流中； (4)液滴进入焰流后，经过分解、蒸发、成核、长大、熔化和加速的全部或部分过程，沉积到金属基体上形成涂层。2.根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于步骤(I)中的钙盐为溶于水或有机溶剂的氟化钙、溴化钙、碘化钙、硝酸钙无机盐。3.根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于步骤(I)中的溶液前驱体还允许含有磷酸或其它成分。4.根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于步骤(2)中的焰流温度均在3000°C以上。5.根据权利要求4所述的一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征还在于高温焰流的高速度，达几十到数千m/s。6.根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于步骤(2)中的液滴是步骤(I)中的进料以射流进入焰流。7.根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于步骤(3)中的压力栗或婦动栗的流量范围在mL/min级。8.根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于步骤(4)中单液滴的全部或部分过程均在微秒级的时间内完成。9.根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于步骤(4)中的涂层厚度在微米级。
【专利摘要】本发明涉及一种羟基磷灰石涂层的制备方法。本发明为以液料，即钙盐溶液前驱体或羟基磷灰石悬浮液，为进料，以等离子喷涂或超音速火焰喷涂或普通火焰喷涂热喷涂焰流为加热手段加热液滴，通过压力泵或蠕动泵将液料注入焰流中，液滴进入焰流后，经过分解、蒸发、成核、长大、熔化和加速的全部或部分过程，沉积到金属基体上形成涂层。本发明克服了等离子喷涂工艺中羟基磷灰石涂层存在着易分解、结晶度低、残余应力大等缺陷。本发明通过焰流被水蒸气包围，而水蒸气有助于提高羟基磷灰石的结晶度，因此液料喷涂相比于常规喷涂方法，有利于降低涂层中的残余应力，羟基磷灰石涂层的结晶度很高。
【IPC分类】C23C4/10, C23C4/134, C23C4/129
【公开号】CN105648390
【申请号】
【发明人】张超, 徐海峰, 耿欣, 肖金坤
【申请人】扬州大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月13日