Role of In-flight Temperature and Velocity of Powder Particles on Plasma Sprayed Hydroxyapatite Coating Characteristics
Loading...
Date
2012-01-15
Authors
Čížek, Jan
Khor, Khiam Aik
ORCID
0000-0001-5092-5640Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Elsevier
Altmetrics
Abstract
This paper presents a systematic research on the process of thermal spraying of HA encompassing all stages of layer deposition: powder production and characterization (optimized production led to spherical 29.29 - 50.51 um powder with 0.0% content of tri-calcium phosphate [TCP] or tetra-calcium phosphate [TTCP] phases), plasma jet properties influence on the in-flight powder properties (major influence of spray distance factor), the influence of the in-flight temperature and velocity of hydroxyapatite powder particles (ranges of 2294 K–2708 K and 152 m/s – 291 m/s) on the final characteristics of the deposited coatings. Six combinations of the system parameters leading the low-medium-high in-flight properties were selected and the respective coatings were investigated, with some data in contradiction to previously published results. It was found that the temperature of the particles plays a critical role for the development of detrimental CaO (content increase of up to 14.6%) and metastable TTCP (up to 49.5%) phases in the coatings. Particle in-flight velocity was found to influence the open porosity of the coatings (8.8%–27.9%) and has an impact on the micro-hardness and moduli of the coatings (relative differences of up to 2.8 times). Joint incidence of both in-flight properties was found to significantly influence the microstructure of the coatings and its respective surface roughness levels (Ra = 7.4–19.4 um). The morphology of impinging splats was found to be influenced by both the in-flight velocity (dominant factor) and temperature (secondary factor) of the HA particles.
Tento článek představuje systematickou studii procesu tepelného nanášení hydroxyapatitu (HA) zahrnující všechny tři stupně depozice vrstev: primární výrobu a následnou charakterizaci HA prášků (optimalizovaní produkce vedlo k výrobě sférického prášku velikostí 29.29 - 50.51 um s 0.0% obsahem tri-kalcium fosfátů [TCP] a tetra-kalcium fosfátů [TTCP]), hodnocení vlivu vlastností plazmového plamene na letové charakteristiky prášků (byl zjištěn marginální vliv faktoru stříkací vzdálenosti) a vliv teploty a letové rychlosti částic hydroxyapatitu (byly naměřeny rozsahy 2294 K–2708 K a 152 m/s – 291 m/s) na celkové vlastnosti nanesených vrstev. V této studii bylo dále zvoleno šest kombinací systémových parametrů, vedoucích k nízkým-středním-vysokým hodnotám letových parametrů a byly zkoumány charakteristiky vlastnosti šesti odpovídajících nástřiků. Některé dosažené výsledky jsou v přímém rozporu s předchozími publikovanými studiemi. Bylo zjištěno, že letová teplota částic hraje kritickou úlohu pro vývoj škodlivé fáze CaO (zjištěno zvýšení výskytu až 14.6%) a metastabilní fáze TTCP (až 49.5%) v deponovaných vrstvách. Letová rychlost částic ovlivňuje otevřenou porozitu nástřiků (8.8%–27.9%) a má dopad na mikro-tvrdost a elastický modul vrstev (naměřené relativní rozdíly až 2.8krát). Bylo zjištěno, že společné působení obou letových faktorů významně ovlivňuje mikrostrukturu nástřiků a odpovídající hodnoty povrchových drsností (Ra = 7.4–19.4 um). Taktéž morfologie dopadajících částic je ovlivněna oběma faktory - letovou teplotou (dominantní působení) a letovou rychlostí (sekundární faktor) částic HA.
Tento článek představuje systematickou studii procesu tepelného nanášení hydroxyapatitu (HA) zahrnující všechny tři stupně depozice vrstev: primární výrobu a následnou charakterizaci HA prášků (optimalizovaní produkce vedlo k výrobě sférického prášku velikostí 29.29 - 50.51 um s 0.0% obsahem tri-kalcium fosfátů [TCP] a tetra-kalcium fosfátů [TTCP]), hodnocení vlivu vlastností plazmového plamene na letové charakteristiky prášků (byl zjištěn marginální vliv faktoru stříkací vzdálenosti) a vliv teploty a letové rychlosti částic hydroxyapatitu (byly naměřeny rozsahy 2294 K–2708 K a 152 m/s – 291 m/s) na celkové vlastnosti nanesených vrstev. V této studii bylo dále zvoleno šest kombinací systémových parametrů, vedoucích k nízkým-středním-vysokým hodnotám letových parametrů a byly zkoumány charakteristiky vlastnosti šesti odpovídajících nástřiků. Některé dosažené výsledky jsou v přímém rozporu s předchozími publikovanými studiemi. Bylo zjištěno, že letová teplota částic hraje kritickou úlohu pro vývoj škodlivé fáze CaO (zjištěno zvýšení výskytu až 14.6%) a metastabilní fáze TTCP (až 49.5%) v deponovaných vrstvách. Letová rychlost částic ovlivňuje otevřenou porozitu nástřiků (8.8%–27.9%) a má dopad na mikro-tvrdost a elastický modul vrstev (naměřené relativní rozdíly až 2.8krát). Bylo zjištěno, že společné působení obou letových faktorů významně ovlivňuje mikrostrukturu nástřiků a odpovídající hodnoty povrchových drsností (Ra = 7.4–19.4 um). Taktéž morfologie dopadajících částic je ovlivněna oběma faktory - letovou teplotou (dominantní působení) a letovou rychlostí (sekundární faktor) částic HA.
Description
Citation
Surface and Coatings Technology. 2012, vol. 206, issue 8-9, p. 2181-2191.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0257897211009455
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0257897211009455
Document type
Peer-reviewed
Document version
Accepted version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Comittee
Date of acceptance
Defence
Result of defence
Document licence
Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/