鎂合金表面HA-MgF2涂層及其負(fù)載蜂膠的制備與腐蝕性能的研究.pdf

1、鎂合金具有跟自然骨相匹配的力學(xué)性能,具有良好的生物相容性和可降解性,是作為骨植入應(yīng)用的具有潛力的材料。但是,早期的臨床實驗表明,鎂合金在人體生理壞境下降解速率過快,導(dǎo)致Mg合金在骨治愈階段不能保證其力學(xué)的完整性。增強鎂合金的耐腐蝕性和生物相容性,較為有效的措施就是制備防護(hù)涂層。本文通過氟轉(zhuǎn)化處理和電沉積技術(shù)在Mg-Zn-Ca表面制備HA/MgF2復(fù)合涂層。并在復(fù)合涂層表面裝載蜂膠使涂層功能化,使其具備抗菌性和在骨愈合階段消炎的作用。本文

2、重點研究了涂層的結(jié)構(gòu)和成分,并對試樣體外耐腐蝕性能進(jìn)行評價。
　　 本文用濃度為40％的氫氟酸對Mg-Zn-Ca合金進(jìn)行氟轉(zhuǎn)化處理24小時,表面氟轉(zhuǎn)化涂層致密、均勻,XRD衍射圖譜表面涂層主要由MgF2以及少量的附帶產(chǎn)物Mg(OH)2。
　　 在氟轉(zhuǎn)化涂層表面進(jìn)行電沉積,實驗中考察了恒流、雙脈沖兩種電源模式對涂層結(jié)構(gòu)、成分、性能的影響。由于析氫、濃差極化對電沉積過程的影響,用恒流制各的涂層疏松、團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重,微觀形貌為針

3、片狀。而用雙脈沖制備的涂層均勻、致密,微觀形貌為棒狀。相對于片狀形貌,棒狀的HA涂層明顯的在(002)晶面擇優(yōu)取向,傾向于沿著C軸生長。在模擬體液當(dāng)中的浸泡實驗表明,用雙脈沖制備的復(fù)合涂層更能有效的保護(hù)基體,延緩其腐蝕。
　　 基于用雙脈沖電沉積制備涂層的優(yōu)勢,本文對雙脈沖制備涂層的工藝進(jìn)行優(yōu)化,當(dāng)電沉積溫度為80℃時,能夠滿足HA形核和生長的熱力學(xué)和動力學(xué)要求,制備出均勻、致密的涂層;電流密度為1.0mA/cm2,沉積時問為2

4、0分鐘,能夠得到均勻的棒狀結(jié)構(gòu),減少團(tuán)聚的發(fā)生。另外,當(dāng)前期氟化處理為24小時,在滿足增強基體的耐腐蝕性能的同時,不影響HA涂層的形核和生長。
　　 實驗中對用雙脈沖制備HA/MgF2復(fù)合涂層的生長機理及組分進(jìn)行探討,并建立了棒狀HA的生長模型。在雙脈沖電沉積的過程中,發(fā)現(xiàn)氟轉(zhuǎn)化涂層會釋放F-,F-離子會取代HA中的羥基的位置,參與HA的形核和生長,由剛開始生成的納米片狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米棒狀結(jié)構(gòu),棒狀結(jié)構(gòu)的直徑大約為80-120n

5、m。
　　 通過電化學(xué)腐蝕實驗來評價帶有復(fù)合涂層的試樣的腐蝕性能,在鎂合金基體表面制備單一的HA涂層時,試樣的腐蝕電位為-1.60V,而其腐蝕電流為5.72×10-5A/cm2,而當(dāng)引入氟轉(zhuǎn)化涂層時,經(jīng)復(fù)合涂層HA/MgF2表面改性的試樣的腐蝕電位為-1.55V,腐蝕電流為4.32×10-7A/cm2?？梢钥闯?用復(fù)合涂層對鎂合金進(jìn)行表面改性對鎂合金的耐腐蝕性能有了明顯的提高。在模擬體液浸泡實驗中發(fā)現(xiàn),帶有復(fù)合涂層的試樣能夠在較

6、短時間內(nèi)出現(xiàn)礦化現(xiàn)象,具有良好的生物相容性。
　　 本文采用不同的蜂膠濃度在復(fù)合涂層表面裝載蜂膠,并觀測涂層形貌變化。載蜂膠后涂層的傅里葉紅外光譜中也探測到了蜂膠中的官能團(tuán),1638cm-1處,是芳香族C-N基團(tuán)振動吸收產(chǎn)生的;1450cm-1為-CH2基的剪式震動和-CH3基不對稱的彎曲震動;1261cm-1為氨基酸基團(tuán)震動吸收峰;699cm-1是-CH=CH-震動吸收產(chǎn)生的。
　　 另外,本文用極化曲線來評價載蜂膠后

7、的涂層的耐腐蝕性,其腐蝕電位由-1.55V提高到了-1.44V,腐蝕電流有略微的降低,由4.32×10-7A/cm2降低到3.39×10-7A/cm2,而腐蝕電阻由2.81×104Ω升高到1.34×105Ω,試樣耐腐蝕性進(jìn)一步升高。浸泡實驗中,載蜂膠后的涂層具有良好的生物相容性,HA出現(xiàn)原位生長狀態(tài)。將涂層剝離基體,發(fā)現(xiàn)基體的腐蝕行為與未經(jīng)表面改性的鎂合金的腐蝕形貌不同,證實涂層可以有效的保護(hù)基體,延緩其降解速率,具有作為骨植入材料的潛