Sol-Gel法在AZ31鎂合金表面制備羥基磷灰石涂層及性能研究.pdf

1、鎂合金的彈性模量和屈服強度與天然骨最為接近，而且具備良好的生物性能，是最具潛力的生物材料。但是鎂合金的耐蝕性較差，特別是在有氯離子存在的情況下更易被溶解，植入人體后容易發(fā)生降解，導致使用性能下降，對骨組織的保護作用大大減小。羥基磷灰石(HAP)的穩(wěn)定性高、耐蝕性好，且是人體骨骼的主要無機成分，因而，以鎂合金為基材的羥基磷灰石涂層的研究受到很大重視。金屬基材表面制備羥基磷灰石膜層的技術(shù)有很多，比如電沉積、等離子噴涂、激光熔覆等，這些方法既

2、有其各自的優(yōu)點又存在一定的不足之處。溶膠凝膠法操作過程方便、成本較低。本課題主要通過溶膠凝膠法，研究探討了AZ31鎂合金基材表面羥基磷灰石膜層的制備。
　　本文以氫氧化鈣和磷酸二氫鈣為前驅(qū)物，通過溶膠凝膠法在軋制態(tài)AZ31基材表面制備了羥基磷灰石涂層。通過X射線衍射儀(XRD)、紅外光譜儀(IR)、掃描電鏡(SEM)、電化學工作站以及接觸角測試儀等檢測設(shè)備對涂層的物相成分、表面截面形貌、耐蝕性及接觸角等做了分析檢測;接著又探討了表

3、面機械研磨處理(SMAT)對AZ31基材表面粗糙度的影響，并在不同粗糙度的基體表面制備了羥基磷灰石涂層，分析了基體表面粗糙度變化對羥基磷灰石膜層性能的影響;最后通過添加甲基纖維素(MC)輔助制備了羥基磷灰石-甲基纖維素復合涂層。得到以下主要結(jié)論:
　　(1)通過溶膠凝膠法在AZ31基體表面制備了純度較高的羥基磷灰石涂層，涂層厚度約為8μm。該羥基磷灰石涂層在一定程度上減小了AZ31基體的腐蝕速度，并且提高了基材的親水性。
　

4、　(2) AZ31基體經(jīng)過不同直徑的鋼球SMAT處理后表面粗糙度不同。隨著鋼球直徑的增大，基體表面粗糙度逐漸減小。在經(jīng)過SMAT處理的AZ31基材表面制備HAP涂層后，發(fā)現(xiàn)基材表面粗糙度越大，涂層與其結(jié)合力越好，涂層表面的裂紋越少且其完整性相對越好。基體經(jīng)過SMAT處理后其耐蝕性顯著降低，表面粗糙度越大，基體的腐蝕速度越快;但在其表面制各HAP涂層后耐蝕性提高，且隨著基材表面粗糙度的增大，涂層的耐蝕性變得越好。
　　(3)添加甲基

5、纖維素輔助，在AZ31基體表面通過溶膠凝膠法制備了不同層數(shù)的HAP-MC復合涂層。制備的復合涂層的純度較高、涂層表面更加均勻致密，隨著涂層層數(shù)的增加，涂層表面裂紋減少。HAP-MC復合涂層與基體的結(jié)合力相對較好，而且層數(shù)不同時其與基體的結(jié)合力呈現(xiàn)出不同的結(jié)果，涂層層數(shù)為1層時結(jié)合力最好。HAP-MC復合涂層降低了鎂合金基體在生理鹽水中的腐蝕降解速率，且隨著涂層層數(shù)的增加，其對基體的保護作用得到增強。在Hank's模擬體液中的浸泡實驗表明