Mg-Sn-Mn合金表面耐腐蝕磷化膜的制備工藝與性能研究.pdf

1、鎂合金作為可降解生物醫(yī)用金屬材料，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能、可降解性能和生物相容性，成為近年來材料和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。由于鎂合金的降解速率過快，為滿足臨床應(yīng)用的要求，多采用表面改性的方法降低鎂合金的腐蝕速率。磷化處理是一種簡單有效的提高鎂合金耐腐蝕性能的方法。本論文創(chuàng)造性地使用無水有機(jī)溶劑乙二醇來制備磷化處理液，在生物醫(yī)用Mg-Sn-Mn合金表面制備耐腐蝕磷化膜，并對其工藝和性能進(jìn)行了研究。
　　本論文使用乙二醇作為磷化處理液的溶

2、劑，選用磷酸（H3PO4）和硝酸錳（Mn(NO3)2）作為成膜劑，研究不同配方濃度、成分和不同制備工藝對Mg-Sn-Mn合金表面磷化膜成膜效果的影響。使用掃描電鏡和電化學(xué)極化測試對磷化膜進(jìn)行表征，結(jié)果表明，磷化處理液成膜劑的最優(yōu)濃度為0.10mol/L，濃度比例為1:1；磷化處理的最優(yōu)工藝為：磷化時間30min，磷化溫度60℃。
　　Mg-Sn-Mn合金表面磷化膜在掃描電鏡下的微觀形貌平整均勻，膜層中存在細(xì)小裂紋和粒狀第二相Mg2

3、Sn。截面形貌顯示，磷化膜結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合良好，其厚度小于10μm。EDS能譜分析和XPS全譜掃描的結(jié)果顯示，磷化膜的主要組成元素為Mg、Sn、O、P、Mn。對高分辨XPS分譜掃描的結(jié)果進(jìn)行擬合分析，得出磷化膜主要由Mg3(PO4)2和Mn3(PO4)2兩種化合物組成。分析磷化膜的成膜機(jī)理，認(rèn)為Mg-Sn-Mn合金在磷化液中的成膜反應(yīng)包含兩部分，H+的消耗和磷酸鹽的生成。由于鎂的溶解反應(yīng)以及NO3-與H+的反應(yīng)，消耗了大量H+，促使

4、生成Mg3(PO4)2和Mn3(PO4)2的反應(yīng)向右移動，從而生成磷酸鹽沉淀。磷酸鹽在鎂合金表面形核結(jié)晶長大，形成磷化膜。
　　使用電化學(xué)測試與浸泡實驗的方法表征磷化處理前后Mg-Sn-Mn合金在SBF模擬體液中的耐腐蝕性能。極化曲線的結(jié)果顯示，磷化處理后 Mg-Sn-Mn合金的腐蝕電位由-1.674V升高為-1.414V，腐蝕電流密度由126μA/cm2降低為2.42μA/cm2，其理論腐蝕速率僅為未處理鎂合金的1.7％。浸泡實

5、驗結(jié)果表明，磷化處理 Mg-Sn-Mn合金浸泡溶液的pH值總是低于未處理鎂合金樣品。浸泡20d后，磷化處理鎂合金的失重率為(3.21±0.39)%，遠(yuǎn)低于未處理鎂合金的(12.2±0.59)%。浸泡后Mg-Sn-Mn合金樣品的宏觀形貌與掃描電鏡下的微觀形貌均表明，磷化膜的存在顯著降低了Mg-Sn-Mn合金在SBF模擬體液中的降解速率，提高了Mg-Sn-Mn合金的耐腐蝕性能。
　　通過接觸角測試、細(xì)胞毒性試驗和溶血率試驗，對磷化處理