Oxygen diffusion hardening of tantalum coatings on cp-titanium for biomedical applications
Oxygen diffusion hardening of tantalum coatings on cp-titanium for biomedical applications
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用于生物医学应用的 CP-钛钽涂层的氧扩散硬化
DOI：
10.1016/j.surfcoat.2012.11.021
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发表时间：
2013
影响因子：
5.4
通讯作者：
C. Moseke
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
T. Schmitz;C. Hertl;E. Werner;U. Gbureck;C. Moseke
采用两步法在钛基体上制备保护性钽涂层。首先，通过物理气相沉积（PVD）在衬底上涂覆5μm厚的Ta层。在第二步中，通过氧扩散使涂覆的样品硬化长达3小时。在此过程中，样品在350-450°C下在6.7·10− 3 mbar的压力下暴露于氧气1- 2小时，然后在相同温度下在无氧气氛中退火1- 2小时。X射线衍射（XRD）分析表明，氧扩散处理的样品，这是由于原子氧扩散到钽层的峰的移动。由此在晶格中引起的机械应力导致Ta层的维氏硬度从570 HV增加到超过900 HV。为了比较未经处理的样品与经氧扩散处理的样品的粘附性，使用洛氏测量来研究涂层。这些测试表明，涂层分层的临界力从未处理样品的12 N增加到扩散处理样品的25 N。
Protective tantalum coatings on titanium substrates were produced using a two step process. At first, substrates were coated with Ta layers of 5μm thickness by physical vapor deposition (PVD). In a second step, the coated samples were hardened by oxygen diffusion for up to 3h. During this process the samples were exposed to oxygen for 1–2h at a pressure of 6.7·10−3mbar at 350–450°C, followed by 1–2h annealing in oxygen-free atmosphere at the same temperature. X-ray diffraction (XRD) analysis demonstrated a shift of peaks for oxygen diffusion treated samples, which was attributed to the diffusion of atomic oxygen into the Ta-layer. The hereby caused mechanical stress in the crystal lattice led to an increase in Vickers hardness of the Ta layers from 570HV to over 900HV. In order to compare the adhesion of untreated samples with oxygen diffusion treated samples, the coatings were investigated using Rockwell measurements. These tests demonstrated an increase of critical force for coating delamination from 12N for untreated samples up to 25N for diffusion treated samples.
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