微弧氧化AZ31鎂合金組織結構與生物腐蝕性能研究.pdf

1、可降解鎂合金是具有良好生物安全性的新一代醫(yī)用植入金屬材料,可降解鎂合金的腐蝕降解速度有效調(diào)控是鎂生物材料應用中存在的關鍵難題。本文采用微弧氧化方法在AZ31鎂合金表面制備含有CaSiO3-CaP組分的生物陶瓷涂層,研究微弧氧化工藝參數(shù)對涂層組織結構的影響,揭示涂層試樣在體外和體內(nèi)生物環(huán)境中的腐蝕行為,并初步研究涂層的摩擦學性能。
　　結果表明,微弧氧化涂層主要由MgSiO3、Mg2SiO4、CaSiO3以及MgO組成。微弧氧化涂層

2、厚度和粗糙度隨氧化時間延長而增加,7.5min之后因放電火花衰減涂層生長速度減慢,厚度和粗糙度均變化較小;提高頻率使放電火花衰減較快,導致涂層生長速度減慢,提高占空比對涂層表面形貌影響較小,但可增加涂層粗糙度。
　　微弧氧化涂層在模擬體液中具有良好的抗腐蝕能力,氧化時間為10min時涂層腐蝕電流達到2.4826×10-7A/cm2,腐蝕電位達到-1.3910V。在模擬體液中浸泡8天時間內(nèi),電化學的阻抗弧由鈍化膜和微弧氧化涂層主導轉

3、變?yōu)榇竺娣e腐蝕產(chǎn)物層主要控制。20μm微弧氧化涂層試樣的平均腐蝕速率為2.500mm/a,是AZ31基體試樣的1/3左右。試樣的腐蝕主要集中在一至兩個點蝕坑附近,點蝕坑深度不斷加深,甚至橫穿或切斷試樣。
　　涂層試樣上基體微區(qū)裸露區(qū)域的腐蝕模型實驗表明,腐蝕萌生在與涂層接壤的裸露區(qū)域,產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物堆積擠壓其周圍的涂層,使其出現(xiàn)裂紋,誘導應力腐蝕。涂層下的基體腐蝕降解速度快,并不斷擴展,最終形成較大點蝕坑。涂層試樣在模擬體液中的腐

4、蝕機制為Cl-離子導致的點蝕和楔形應力腐蝕。
　　涂層試樣植入到骨缺損、骨折和背部肌肉部位4周后,涂層試樣基本保持完整,但涂層表面出現(xiàn)均勻龜裂紋,同時伴隨有Ca、P等元素沉積;與模擬體液中浸泡4周的涂層試樣相比,未發(fā)現(xiàn)點蝕與涂層剝落現(xiàn)象,表明體內(nèi)腐蝕行為不能被體外模擬體液環(huán)境簡單模擬。涂層試樣在植入兔子體內(nèi)后,有促進骨愈合作用,但無涂層基體促進骨愈合更活躍。鎂合金在體內(nèi)降解過程中,對動物的心臟沒有明顯的毒害作用。
　　微弧氧