ZK60鎂合金微弧氧化生物陶瓷膜的制備與性能表征.pdf

1、鎂及其合金是所有金屬材料中力學(xué)性能與人骨最接近的可降解金屬材料,具有理想的生物力學(xué)相容性,而其耐腐蝕性差的特性導(dǎo)致了在體內(nèi)降解速率過快的問題一直制約著臨床應(yīng)用。微弧氧化技術(shù)作為一項新興的表面處理技術(shù)可以在鋁、鎂、鈦等閥金屬表面原位生長耐腐蝕性良好并具特定功能性陶瓷膜。以此為背景,本課題以ZK60變形鎂合金作為基體材料,采用不同的微弧氧化電源模式,在其表面制備降解速率較低、生物活性較高的生物陶瓷膜。
　　本文首先采用恒流微弧氧化電源

2、模式,選用主成膜劑硅酸鈉和乙酸鈣,分別選用六偏磷酸鈉、磷酸二氫鈉、檸檬酸鈉作為添加劑,通過對微弧氧化過程電壓上升情況、成膜后膜層的微觀結(jié)構(gòu)以及膜層所含活性元素含量分析,篩選出較優(yōu)的復(fù)合生物電解液體系,即硅酸鈉-乙酸鈣-六偏磷酸鈉-磷酸二氫鈉四元體系,并依此為基礎(chǔ)進行后續(xù)電解液優(yōu)化實驗。
　　其次,通過系列單變量實驗分別研究了復(fù)合生物電解液中的各組分濃度變化對鎂合金微弧氧化生物陶瓷膜的微觀形貌、耐腐蝕性及生物活性元素含量的影響規(guī)律,

3、確定了電解液各組分濃度的最佳范圍值,以此為基礎(chǔ),通過L9(34)正交實驗優(yōu)化出最佳配方:6.0g/LNa2SiO3+0.5g/LCaAc+0.8g/L(NaPO3)6+0.5g/LNaH2PO4。
　　通過掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)等手段對優(yōu)化電解液下制備的微弧氧化生物陶瓷膜層微觀組織結(jié)構(gòu)、生物活性及耐腐蝕性進行了分析,并探討了微弧氧化膜的生長過程。結(jié)果表明:恒流方式下,膜層呈異速生長模型,成膜過

4、程主要經(jīng)歷了鈍化膜生成階段、火花放電階段、膜層快速生長階段以及周期弧光放電階段,最終形成表面均勻、帶盲孔,截面均一致密、含少量孔洞的膜層。膜層表面富含鎂、硅、鈣、磷等生物活性元素,其中鈣磷物質(zhì)的量比值達1.3,膜層由少量的Mg2Si和鎂橄欖石型Mg2SiO4相和無定形的鈣磷化合物組成,具備一定的生物活性。
　　隨后分別采用恒壓模式、兩階段升壓模式和恒流-恒壓三種不同的電源模式,通過系列單變量實驗分別研究正向電壓對膜層顯微組織與膜層