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(xiàng)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(duì)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(jìn)行后續(xù)電解液優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。
　　其次,通過系列單變量實(shí)驗(yàn)分別研究了復(fù)合生物電解液中的各組分濃度變化對(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(jìn)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(dá)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(shí)驗(yàn)分別研究正向電壓對(duì)膜層顯微組織與膜層