电泳沉积法生物合金表面磷酸钙涂层制备张二林，杨柯（金属研究所，中国科学院，沈阳，110016）摘要:虽然生物合金材料已被用来作为骨植入材料有很长一段时间,他们仍然认为异物通过人的免疫系统。磷酸钙涂层,尤其是羟基磷灰石(HA)涂层吸引特别注意由于其良好的生物相容性。作为将HA涂到金属上的有效的方法，对电泳沉积(简称“EPD”)作了较为详细的综述,包括过程的优缺点,要的工艺因素及显微组织和力学性能的涂层。研究结果表明电泳沉积工艺对生物合金表面改性的巨大应用潜力。关键词:羟基磷灰石涂层;设生物合金；电泳沉积中图号：TB39文献标识码：A1.引言对人体骨头的接、折、和疾病的修复都利用到了金属，它们并不是最初被设计用于这一用途,如不锈钢、316号钢铁、钴合金和Ti-6Al-4V合金。这些植入金属常被人体免疫系统是为异物而受到排斥。近年来,在生物合金上的极大的发展，特别是设计用来修复和重建受损的或患病的某部分人的骨头。另一方面，磷酸钙特别是羟基磷灰石已被证实具有较高的抗压强度和很好的生物适应性以及优良的连接功能。然而，由HA构成的单一的组成缺乏较好的牢固性和抗拉强度，很容易受到破坏。所以说，HA涂层钛合金既拥有金属的机械性能又有HA的生物相亲性，被视为在骨科和牙科最具前景的植入材料之一。将HA涂覆在钛合金表面历经了许多方法，例如等离子喷涂，离子束，溅射溶胶-凝胶法，离子光束动态混合，浸渍，电泳沉积，仿生法和电化学沉积等。图一展现了利用不同方法得到的HA薄膜的厚度。将HA附着在金属表面最常用的方法是离子喷涂，其已作为一种商业技术。然而，这种方法存在着一些缺陷。许多研究者试图开发出一种低成本，高效率，在低温下应用的方法。作为涂覆方法的一种，电泳沉积显示出在人骨移植上比离子喷涂更优越，更有潜力。本文着力探讨此法在HA涂覆上的应用。2.磷酸钙涂层2.1磷酸钙大多数在医学中应用的磷灰石质磷酸钙就是羟基磷灰石（HA），一种六角形晶格物质，具有理想的化学式和理想的组成，包含39.9%Ca，18.5%P和3.38%OH，钙磷比为1.67。大部分合成羟基磷灰石实际上是由磷酸盐经羟基替代而来，并且有不同程度的还原性和不同的钙磷比。2.2要求进行磷灰石涂层作为植入件与骨组织之间的中间层，植入件表面的磷酸钙磷灰石涂层扮演着十分重要的生物性能。不仅仅是因为涂层表现出的机械性能，同样，涂层的物理性能显著影响着其最终的应用。2.2.1组成与洁净度高结晶度的羟基磷灰石涂层仍然是目前广泛使用的涂层组成，这主要是因为其卓越的生物性能，尽管一些双相磷酸钙涂层同样被报道有良好的生物相容性和骨骼相适性。通常，磷酸钙表现出的钙磷比在1.0到1.67这一范围内（分别对应磷酸三钙和羟基磷灰石）。此时产生最好的组织反应。2.2.2稳定性和生物相容性磷灰石在生物环境或生物可溶性环境下的稳定性是其另一个在生物医学中覆层应用的重要特性。由于覆层在材料与骨骼整合初期将会停止其功能，故此，覆层必须要是可熔的。而且，覆层的降解速率应当与骨质的生长速率相一致，从而避免差距的产生。钙磷质材料的稳定性和可溶性与材料的组成与结构结晶度紧密相关。Barrereetal研究了不同的磷酸钙覆层在Ti-6Al-4V合金上的分散情况。如表一所列出的，在所有的情况下，ACCP覆层展现出最快的溶解速率。有较高ACP/HA比的覆层将会溶解或生物降解为较低ACP/HA比的覆层更好的延展性或更高的结晶度。同样，钙磷率、氟及碳酸盐的含量以及结晶度的提高都将使生物组织中的钙化沉积的稳定性提高。2.2.3厚度在生物应用中，覆层的厚度是另一个重要的参数，因为厚的覆层易破碎且容易提前失效。正如之前所讨论过的，覆层的功效将会在材料与骨骼结合的初期失效，因此，覆层的厚度不能过大。然而，由于骨生长率依赖于病人自身情况及外科医疗技术等，所以，定义理想的厚度是非常困难的。当覆层的厚度超过100um时，其将在拉伸应力作用下引入潜在的疲劳损坏。在相关文献中，整形外科应用中的生物陶瓷覆层的最佳厚度存在一些争议，Grootetal提出的最佳厚度为50um，而Osborn则推荐使用200um厚度的覆层。3.电泳沉积3.1工序经过几次改进，电泳沉积（EPD）已经被确立为一个成本低，操作...