生物医用镁基类金刚石复合材料的研究

• 作 者: 王宁
• 机 构: 青岛科技大学
• 出 处: 青岛科技大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 镁合金 类金刚石膜 过渡层 耐腐蚀性 力学性能

镁合金在含有氯离子存在的环境中极易腐蚀降解,但其降解产物是人体必需元素,.可被人体吸收而排出体外,不会引起不良反应。将其作为心血管支架材料,具有良好的力学性能和生物相容性。但是镁合金在体液环境中腐蚀速度过快,因而限制了镁作为生物医用材料的应用。类金刚石膜是一种性能与金刚石相似的非晶碳薄膜,具有硬度高、良好的耐磨损性能、化学惰性以及良好的生物相容性。将类金刚石膜与镁基体相结合,利用类金刚石膜的耐腐蚀性能,减缓了镁合金在体液中的腐蚀速率,并利用其良好的生物相容性,提高镁基体植入材料与人体的相容性。本课题提出制备医用镁基复合材料的新思路：首先,经过淬火热处理来提高AZ31B镁合金材料的塑性及强度,满足人体植入材料的力学性能要求。在膜与基体之间引入过渡层,提高了膜与基体之间的结合力,对梯度过渡层的结构进行设计,将等离子体增强非平衡磁控溅射物理气相沉积和电子回旋共振微波等离子体增强化学气相沉积技术相结合,分别制备Ti/Tix、Si/SixNy梯度过渡层。通过微波等离子体化学气相沉积技术,在最佳过渡层表面沉积类金刚石膜。以钛为过渡层元素,当过渡层偏压为100V、钛靶电流0.2A、碳靶功率200W时,膜的各种性能是最好的。拉曼光谱实验表明,类金刚石膜成功沉积到基体的表面；扫描电镜和原子力显微镜测试表明,类金刚石膜完整、致密。膜的机械性能(硬度和弹性模量、附着力、膜厚)也是最好的；静态接触角和电化学实验表明,膜具有超疏水性,有效的阻止了模拟体液进入膜的内部,减小了对镁合金的腐蚀。以硅为过渡层元素,通过改变膜沉积偏压,在镁合金的表面成功沉积类金刚石膜。当沉积偏压为100V时,膜的表面形貌和机械性能是最好的,对镁基体的保护作用最好。通过对比实验,沉积类金刚石膜之后镁合金的腐蚀速率明显减小。溶血率实验表明,所得的类金刚石膜溶血率<5%,材料符合生物医用材料的溶血率要求,具有生物相容性。