Plasma spraying of hydroxyapatite coatings using powder, suspension and solution feedstocks

The possibility of producing nano-sized coatings by thermal spray processes seems to be very interesting for many industrial applications. Due to the small size of the grains, it is possible to achieve the properties which are not observed in the micrometric scale on the same kind of material. The aim of the current work is to present the alternative methods for conventional powder plasma spraying (APS) which is well known technology for deposition of micron-sized coatings using powder feedstock. Two plasma spraying processes with liquid feedstock were used – suspension plasma spraying (SPS) and solution precursor plasma spraying (SPPS) using aqueous solution directly from wet chemical precipitation process. All experiments were performed based on hydroxyapatite, which is a very important material for biomedical applications. Coatings were produced by three mentioned methods but the deposition process was realized using only one spray set-up equipped with SG-100 plasma torch. Short background of the three different processes performed followed by a short description of liquid feedstock preparation is presented. Microstructure investigation and phase composition analysis of the prepared coatings were carefully characterized using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) respectively. Finally, the analysis and comparison of coatings deposited by different plasma spray processes were discussed.

---

Możliwość wytwarzania powłok o budowie nanometrycznej wydaje się być bardzo interesująca pod kątem ich zastosowania w wielu gałęziach przemysłu. Dzięki bardzo drobnoziarnistej strukturze możliwe jest osiągnięcie właściwości powłok, które nie są możliwe do zaobserwowania w tych samych materiałach lecz w skali mikro. Celem niniejszej pracy jest przedstawienie alternatywnych metod dla konwencjonalnego natryskiwania plazmowego (APS), które jest dobrze poznanym procesem wytwarzania powłok charakteryzująch się budową mikrometryczną. Zaprezentowano dwa nowe procesy natryskiwania plazmowego z fazy ciekłej – natryskiwanie plazmowe zawieisn (SPS) oraz natryskiwanie plazmowe roztworów (SPPS). Wszystkie eksperymenty przeprowadzono z wykorzystaniem hydroksyapatytu, który jest bardzo istotnym materiałem dla zastosowań biomedycznych. Powłoki zostały wytworzone z użyciem trzech wymienionych technologii, jednak proces natryskiwania realizowany był za pomocą jednego stanowiska wyposażonego w palnik plazmowy SG-100. W pracy przedstawiono zarys teoretyczny wykorzystanych metod natryskiwania wraz z opisem procedury przygotowania materiału wejściowego (proszku, zawiesiny oraz roztworu). Następnie przedstawiono badania mikrostruktury i analizę składu fazowego przygotowanych powłok, które zostały wykonane z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i dyfrakcji promieni rentgenowskich (XRD). Przeprowadzono również analizę i porównanie powłok wykonanych z użyciem różnych procesów natryskiwania plazmowego.