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久印微弧氧化处理对医用镁合金表面改性研究

时间:2017-02-20 20:35:39 来源: 作者: 点击:

久印微弧氧化处理对医用镁合金表面改性研究
   镁合金作为生物材料的一种,镁合金在生理环境中较差的耐腐蚀性能已成为限制其发展的主要因素。采用微弧氧化技术对AZ31B镁合金进行表面改性研究,并在此基础上进行沸水封孔、溶胶凝胶封孔和有机封孔处理。采用电化学、模拟体液浸泡腐蚀与酸性环境模拟肠液腐蚀等方法评价所获试样在模拟体液、酸性环境中的腐蚀特性。利用SEM、XRD、EDS等手段分析测试手段表征涂层腐蚀前后的微观组织结构以揭示涂层试样的腐蚀失效规律。
  微弧氧化技术电解质配方和工艺控制单一变量法和正交试验研究表明,在基础电解液中添加3g/L羟基磷灰石更有利于形成膜厚适中、孔洞细小的平整陶瓷膜。电参数优化表明负向电参数对膜层性能有较大影响,负向电参数的增加会导致孔洞的减小,促使膜层致密化,致密层增厚,且膜层平整度会有明显的提高。获得的陶瓷层由MgSiO3、MgO和HA相组成,具有良好的生物相容性和骨诱导特性。
  含锆微弧氧化陶瓷膜的研究表明,在电解液中加入K2ZrF6,可以促使在微弧氧化陶瓷层中生成少量的耐蚀组分Zr相或ZrO2相,随电解液中K2ZrF6含量增加,陶瓷层厚度略微增加,孔径尺寸变大,腐蚀电流密度降低1个数量级。
  沸水封孔处理可以明显闭合微弧氧化产生的表面微小孔洞,经济可行的提高材料的腐蚀电位,然而,其对材料表面粗糙度、腐蚀电流密度的改善效果并不明显。溶胶凝胶封孔可以借助溶胶相提高材料的耐蚀能力,其腐蚀电位可降低两个数量级。有机封孔可以获得获得表面平滑、厚度适中且耐蚀性良好的膜层。在有机溶液中合理添加HA纳米颗粒,可以提升腐蚀电位1V,腐蚀电流密度可以降低3个数量级以上。
  微弧氧化试样在循环SBF中腐蚀60天后,腐蚀表面形貌和溶液pH值变化均表明经过有机封孔的试样抗腐蚀性能明显优于其他试样。各试样在模拟体液中的耐蚀性强弱依次为:微弧氧化-有机封孔试样、含羟基磷灰石-微弧氧化试样、微弧氧化-溶胶凝胶封孔试样、微弧氧化试样、含锆微弧氧化试样、镁合金试样。虽然,试样在循环SBF中浸泡后均会生成对膜层不具有保护作用的Mg(OH)2,和Ca、P沉积物,但是由于膜层结构和相组成的差异,最终导致其耐蚀性的不同。
  各试样在有缓蚀剂的酸性腐蚀介质中28天浸泡实验表明,在酸性环境下,随着浸泡时间延长,试样变得细而脆,表面沉积结晶物MgHPO4·3H2O,初期腐蚀速率较快,后期由于表面沉积物的附着,腐蚀速率变慢,pH值呈现动态平衡。整体而言,由于耐酸元素锆的添加使得试样在带缓蚀剂的强酸性溶液环境中腐蚀速率降低,耐蚀性提高。而在弱酸环境下,各试样耐蚀性并无显著差异。青岛久印微弧氧化技术有限公司


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