AZ91D鎂合金表面磷灰石涂層的制備及其腐蝕行為研究.pdf

1、鎂及鎂合金具有優(yōu)異的生物相容性、良好的機(jī)械性能，作為一種新型的可降解生物醫(yī)用金屬材料，近年來(lái)已經(jīng)得到越來(lái)越多的研究。但鎂合金的耐腐蝕性較差，植入人體后，短時(shí)間會(huì)失去原有的機(jī)械性能，與骨骼愈合的時(shí)間不匹配，所以將鎂合金作為植入材料，則需要提高其耐腐蝕性。本文以AZ91D鎂合金為研究對(duì)象，采用水熱法，在合金表面制備羥基磷灰石(HA)涂層，氟磷灰石(FHA)涂層，來(lái)提高其耐腐蝕性能，以期用于人體骨骼植入材料。重點(diǎn)研究了兩種螯合劑對(duì)制備的涂層的

2、形貌、相組成、腐蝕性能的影響。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線(xiàn)衍射儀(XRD)、紅外測(cè)試、電化學(xué)測(cè)試、體外浸泡實(shí)驗(yàn)等對(duì)涂層的微觀(guān)形貌、相組成、耐蝕性能等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并分析了FHA涂層的成膜機(jī)理。得到如下結(jié)論:
　　(1)選擇聚天冬氨酸(PASP)為螯合劑，水熱法制備鎂合金表面HA涂層時(shí)，涂層組織呈現(xiàn)毛絨球狀，尺寸在2μm左右，彼此緊挨鋪滿(mǎn)基體，涂層的厚度大約為10μm，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，涂層厚度增加。在仿生溶液（c-SBF（

3、下文簡(jiǎn)稱(chēng)SBF））中，水熱法制備HA涂層的鎂合金（HA-鎂合金）與空白樣相比，腐蝕電位提高0.08V，腐蝕電流密度降低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。交流阻抗譜中，浸泡7天后，HA-鎂合金的傳遞電阻是空白鎂合金的2～3倍，即HA涂層存在，鎂合金耐腐蝕性能提高。體外浸泡實(shí)驗(yàn)中，HA-鎂合金在SBF浸泡3天后，表面的球狀組織，被溶液中鈣化的磷灰石填充，Ca/P=1.41接近HA中Ca/P化學(xué)計(jì)量比，且Ca、P元素相對(duì)Mg元素的原子比增加，空白樣被嚴(yán)重腐蝕。

4、說(shuō)明涂層在SBF浸泡過(guò)程中，溶液中的鈣磷鹽在HA涂層發(fā)生礦化。HA涂層的存在不僅使得鎂合金的耐腐蝕性能提高，也增加了鎂合金生物相容性，有利于鎂合金作為生物醫(yī)用骨骼植入材料得到廣泛應(yīng)用。
　　(2)在探究乙二胺四乙酸二鈉(Na2-EDTA(下文簡(jiǎn)稱(chēng)EDTA)）作為螯合劑的過(guò)程中，EDTA的濃度為10g/L，pH=5.5時(shí)，可以制備出相對(duì)較好的HA涂層。涂層的形貌呈花瓣?duì)睿灾行南蛲獠堪l(fā)散，對(duì)鎂合金基體的包覆相對(duì)完整。在SBF溶液的電

5、化學(xué)測(cè)試中，HA-鎂合金的腐蝕電流密度3.0329*E-6 A/cm2，比鎂合金空白樣基體降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，腐蝕極化電位比鎂合金空白樣升高0.27 V。HA-鎂合金與鎂合金空白樣品傳遞電阻之比趨近1∶3。所以經(jīng)水熱處理后的AZ91D鎂合金擁有更好的耐蝕性能。體外腐蝕試驗(yàn)，HA-鎂合金的腐蝕從邊緣開(kāi)始，與鎂合金空白樣相比程度較輕。HA涂層的存在阻止了SBF溶液中的腐蝕離子對(duì)基體的快速腐蝕，降低了鎂合金基體的降解速率。
　　(3)以Na

6、F溶液為F-的來(lái)源，水熱法在鎂合金表面制備的FHA涂層，組織形貌較多，有條狀、放射型刺球狀及板狀等，涂層基本覆蓋鎂合金基體。涂層較薄，厚度大約為2～3μm。涂層的主要成分是FHA。電化學(xué)測(cè)試中，氟化磷灰石涂層的鎂合金（FHA-鎂合金）腐蝕電位高于空白樣，腐蝕電流密度（3.91*E-5 A/cm2）比空白樣減小一個(gè)數(shù)量級(jí)。FHA-鎂合金的表面發(fā)生兩個(gè)阻抗反應(yīng)，且FHA涂層的存在增加了鎂合金表面的傳遞電阻值。FHA-鎂合金將空白試樣與涂層樣