纯镁表面Ca-P微弧氧化涂层的制备及性能研究

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作为一种新型可降解植入材料,镁基金属由于其优异的力学性能、良好的生物相容性以及在生理环境中的可降解性已经得到了越来越多的关注和研究。但是镁基金属较差的耐蚀性能将导致局部碱化、过快的氢气释放以及植入体的提前失效等问题,这也限制了其在临床上的应用。本文以纯镁作为研究对象,在特殊的Ca(OH)2基电解液体系中通过微弧氧化在材料表面成功制备出具有自封孔特征的含Ca-P微弧氧化涂层,系统研究了处理电压、电解液浓度配比对涂层微观结构、化学成分、电化学腐蚀性能以及体外降解行为的影响。并通过动物植入实验初步研究了涂层纯镁的体内耐腐蚀性能。结果表明:不同处理电压下所得的微弧氧化涂层都具有类似的结构,其表面绝大部分放电微孔被颗粒化合物填充。涂层厚度随着处理电压的升高而增大,涂层的多孔结构处和颗粒化合物都具有一致的成分,主要包含0, Mg, F, Ca和P元素,但是XRD只能检测出少量晶化的MgO相。XPS分析表明涂层主要包含MgF2, MgO, Mg3(PO4)2, Ca2P2O7和CaHPO4。电化学测试和体外浸泡实验均表明涂层处理后的纯镁耐腐蚀性能得到了显著提高,且450V处理所得涂层具有最佳的耐腐蚀性能。涂层在Hank’s溶液浸泡过程中发生着明显地降解,并且浸泡后的涂层表面都具有较高含量的Ca和P。当电解液体系中Ca(OH)2浓度为1.2g/L,(NaPO3)6浓度为4g/L时所得涂层在腐蚀性环境下具有最佳的稳定性,使得浸泡溶液pH值始终维持在最低水平上,能够对纯镁基底提供最为持续有效的保护作用。微弧氧化涂层的存在有效抑制了镁基底在PBS溶液中的腐蚀,最大程度地保证了其机械完整性。PBS溶液浸泡后的涂层纯镁样品表面出现了许多长条状的颗粒腐蚀产物,其主要成分是O、Mg和P,推测是Mg(OH)2和镁磷酸盐的混合产物。纯镁表面含Ca-P的微弧氧化涂层能显著提高纯镁在动物体内的耐腐蚀性能,避免植入体在植入初期地快速降解,最大限度地维持植入体的原始形态,保证其在服役期内能够保持一定的强度、形态等理化性能。
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