冷喷纳米双结构生物陶瓷金属梯度复合涂层形成机制与性能

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51461022
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    48.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The structure and composition portability of solid particles at a lower temperature made it potential to fabricate structure thermal sensitive materials by cold spray processes. Focused on the adjusting the plastic deformation and deposition efficiency, the single tetracalcium phosphate/hydroxyapatite/titanium composite particles with different composition, ceramic particle size and porosity was deposited on substrate with different hardness, the deformation and interfacial bonding of adhered splats was examined. The effect of the particle features on its impact velocity and deposition critical velocity in different spray conditions was researched. The transition of structure and composition during cold deposition and the formation of the nano dual-structure gradient composite coatings were researched based on controlling the plastic deformation and depositing efficiency through regulating powder features and spray conditions. The evolution of the composition and microstructure and interfacial bonding of the coating with the spray processes and powder features was researched, and the practicable deposition condition was explored. In addition, the effect of microstructure, composition and phase constitution of the coating on its mechanical performance and biological property was studied through in vitro bioactivity experiment in a simulated body fluid and by mechanical property test, repectively. Based on this research it is expected to have some useful theoretical instructions for fabrication the dual structural nano tetracalcium phosphate/hydroxyapatite/titanium gradient composite coatings with compatible bioactivity, stability and mechanical property.
冷喷涂颗粒低温结构移植特性对制备结构热敏感材料涂层具有应用价值。本项目用微纳米磷酸四钙、羟基磷灰石及其与钛复合的粉末,围绕调控低韧性颗粒冷喷塑性变形和沉积率两个制约粒子可控沉积的关键问题,进行不同硬度基体单个粒子沉积,研究不同尺度、成分和结构粒子冷喷塑性变形行为及界面结合特征,探讨不同喷涂工艺条件下粒子特性对其沉积临界速度和碰撞速度的影响。基于粒子特性和喷涂工艺条件调控粒子塑性变形及沉积率,研究冷喷复合粒子成分、组织结构移植和双结构梯度涂层形成机制,探讨涂层成分、组织结构及界面结合随粉末成分结构和喷涂工艺的变化,探讨适合制备双结构纳米磷酸四钙/羟基磷灰石/钛梯度复合生物涂层的可控参量。在此基础上,通过模拟体液浸泡等实验,研究涂层成分、组织结构对其生物和力学的性能影响及在模拟体液中的演化,为制备表面高生物活性、内部高生物稳定性和力学性能匹配的纳米双结构生物陶瓷金属梯度复合涂层提供理论依据。

结项摘要

本项目围绕冷喷涂生物陶瓷及其与金属(Ti)复合粒子沉积行为和涂层形成机制,采用团聚烧结制备的羟基磷灰石(HA)、羟基磷灰石/钛(HA/Ti)、磷酸三钙(TCP)和磷酸四钙(TTCP)粉末及不同喷涂工艺条件,通过在不锈钢、Ti6Al4V、HA /Ti 及HA基体上进行单粒子沉积和在不锈钢、Ti6Al4V基体上粒子累积沉积实验,研究了不同尺度、成分和结构粒子碰撞变形及界面结合特征,探讨了单粒子沉积和粒子累积沉积过程中显微组织结构、相结构及化学结构的变化。研究发现,球形HA粉末粒子在不同基体上均可发生一定的(塑性或准塑性)变形-扁平化,表面形态由原来完整的球状演化为帽子状扁平粒子,出现了中心凸起、周边变薄和径向条纹的现象。截面形状由原来的对称的圆形演化为非対称上下表面的椭球状。粒子中的空隙由原来随机分布演化为沿碰撞方向靠近界面的递减,且大空隙有所减小。首次发现冷喷HA粒子变形呈现为扁平粒子的径向铺展和在粒子碰撞方向的夯实或致密化。其变形机制为破碎粒子或碎化微团非连续移动。研究表明,冷喷纳米羟基磷灰石及羟基磷灰石/钛复合粒子也发生了类似的变形行为。冷喷粒子变形程度随加速气体温度和碰撞基体硬度增加而增加,嵌入基体程度随基体硬度增加而降低。微米HA冷喷沉积的临界速速为400-600 m/s,纳米HA沉积的临界速度为548m/s,H3T7复合粒子沉积临界速度约为450-650 m/s。H7T3复合粒子沉积临界速度约为420-590 m/s。在单粒子沉积及累积沉积过程中未发生HA及TCP、TTCP粒子成分和化学结构变化。HA /Ti复合粒子冷喷累积沉积过程中钛组分的沉积率低于HA组分。温喷HA、HA/Ti、磷酸三钙(TCP)-HA-HA/Ti涂层,磷酸四钙(TTCP)-HA-HA/Ti,纳米羟基磷灰石(nHA)-HA-HA/Ti均具有结合良好的致密涂层结构,可实现涂层制备过程中生物陶瓷组织结构、化学结构及相结构的移植。研究还发现超音速火焰悬浮液喷涂可实现nHA-nHA/Ti、nHA-nHA/TiO-TiO梯度生物涂层nHA无分解制备。冷喷微米HA涂层的显微硬度、结合强度及两体磨粒磨损失重量(载荷为2N)分别为HV0.1:59.0 ± 5.6 kg/mm2, 10.9 ± 1.1 MPa 和1.3 ± 0.2×10−1 mg/(m•N)。冷喷纳米HA涂层的显微硬度、结合强度及(载荷为

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
纳米羟基磷灰石/钛复合粒子冷喷沉积行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    稀有金属
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈枭;白小波;纪岗昌;邹岩龙
  • 通讯作者:
    邹岩龙
Comparative study of HATiO2 and HA-ZrO2 composite coatings deposited by high-velocity suspension flame spray (HVSFS)
高速悬浮火焰喷涂 (HVSFS) 沉积 HATiO2 和 HA-ZrO2 复合涂层的对比研究
  • DOI:
    10.1016/j.surfcoat.2018.07.082
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Surface & Coatings Technology 351 (2018) 177–187
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hailong Yao;Xiao-Zhen Hu;Xiao-Bo Bai;Hong-Tao Wang;Qing-Yu Chen;Gang-Chang Ji
  • 通讯作者:
    Gang-Chang Ji
微米羟基磷灰石/钛复合粒子冷喷沉积行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    金属热处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈枭;白小波;纪岗昌;邹岩龙
  • 通讯作者:
    邹岩龙
Microstructures, mechanical properties and electrochemical behaviors of nano-structured HA/Ti composite coatings deposited by high-velocity suspension flame spray (HVSFS)
高速悬浮火焰喷涂(HVSFS)纳米结构HA/Ti复合涂层的微观结构、力学性能和电化学行为
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2018.04.121
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Hai-Long Yao;Yan-Long Zou;Xiao-Bo Bai;Hong-Tao Wang;Gang-Chang Ji;Qing-Yu Chen
  • 通讯作者:
    Qing-Yu Chen
Microstructures and Properties of Cold Spray Nanostructured HA Coatings
冷喷涂纳米结构HA涂层的微观结构和性能
  • DOI:
    10.1007/s11666-018-0776-1
  • 发表时间:
    2018-12-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Chen, Xiao;Ji, Gangchang;Zou, Yanlong
  • 通讯作者:
    Zou, Yanlong

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其他文献

冷喷涂制备纳米结构FeAl金属间化合物涂层
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
    热加工工艺
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王洪涛;纪岗昌;王若宇;崔一博
  • 通讯作者:
    崔一博
超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层腐蚀冲蚀磨损特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    材料科学与工艺
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王洪涛;纪岗昌;陈清宇;白小波;富伟;陈枭
  • 通讯作者:
    陈枭
粉末制备工艺对冷喷WC金属陶瓷涂层性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    材料热处理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈枭;王洪涛;纪岗昌;白小波;董增祥;王芳
  • 通讯作者:
    王芳
MoB/CoCr金属陶瓷涂层的磨粒磨损性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Hot Working Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈枭;纪岗昌
  • 通讯作者:
    纪岗昌
WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层的冷喷涂制备
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    金属热处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王洪涛;陈枭;纪岗昌;白小波;董增祥;仪登亮
  • 通讯作者:
    仪登亮

其他文献

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超音速火焰喷涂含单质碳核壳结构多尺度WC-Co粒子沉积行为及涂层组织结构性能
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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