[发明专利]一种氮化硅涂层医用镁合金材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，特别是一种氮化硅涂层医用镁合金材料及制备方法。

背景技术

目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛合金等几大类。但其弹性模量远高于人骨，在使用过程中会产生“应力屏蔽”，且有害离子溶出现象往往导致严重炎症反应及引起组织损伤从而导致植入失败。特别是植入合金在体内不能被吸收、降解，当伤骨愈合后必需通过二次手术取出，大大增加了病人经济及心理负担和肉体上的痛苦。因此，在骨损伤手术中，用可降解材料代替传统医用金属材料越来越受到重视，已成为当前生物材料领域的国际研究前沿与热点。

生物医用可降解高分子材料如PLLA、PGA已用于临床，但是由于其弹性模量较小，只能用于不承力的部位，且降解产物呈酸性易造成无菌性炎症，因而限制了其广泛应用。

镁或镁合金是一种可在体内环境降解的金属材料，与上述金属植入材料如钛合金、不锈钢相比，其优势主要表现在：1）镁的密度为1.74g/cm³，并且与人骨的密质骨密度(1.80g/cm³)极为接近，其机械性能更接近天然骨，其适中的弹性模量能够有效缓解应力遮挡效应，对骨折愈合、种植体的稳定具有重要作用；2）镁是人体必需的元素，具有生物活性、介导成骨作用、生物相容性。镁在人体中总量约20多克，在生命过程中可以促进骨及细胞的形成、催化或激活机体300多种酶系、参与体内能量代谢，并且在能量的输送、贮存和利用中起关键作用；3）镁的标准平衡电位为-2.34V，低于其他合金，呈示出较高的化学和电化学活性，作为可降解材料具有其天然优势；4，资源丰富价格低廉。

综上所述，镁或镁合金具有良好的医学安全性、力学性能、可控腐蚀性能和降解产物的最小副作用等优点，有望发展成新一代生物可降解材料。但是，在人体充满Cl^-的腐蚀环境中，镁及镁合金会因为降解速率较快而提前失效。通常临时植入器件要求3个月到1年的服役时间，可推算出镁及镁合金作为植入材料降解速率应控制在0.1mm/a内，但研究发现纯镁在模拟体液内的降解速率为0.2-1.0mm/a，在动物实验中也发现纯镁在的腐蚀速率过快，产生大量的氢气，从而导致材料过早失效，限制了其临床应用。

因此，要使镁或其合金真正用于临床，必须提高其耐腐蚀性，而通过表面涂层处理是有效提高镁及镁合金耐蚀性能的方法之一。采用生物相容性良好的氮化硅材料对镁合金进行表面处理是一种有效控制镁基材料降解速率重要途径。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种氮化硅涂层医用镁合金材料及制备方法，该材料与涂层结合牢固且涂层致密，具有良好的热稳定性和生物稳定性，降解周期可通过涂层厚度及氢含量调控，适合作为中长期植入材料使用，尤其符合骨外科的临床需要。

本发明的技术方案：

一种氮化硅涂层医用镁合金材料，由镁合金基材和在其表面附有的氮化硅涂层构成。

一种所述氮化硅涂层医用镁合金材料是制备方法，步骤如下：

1）将镁合金试样打磨、抛光、除油后，进行喷砂处理以去除表面氧化皮、增加表面粗糙度和涂层和增强镁合金基体与涂层接合的牢固度；

2）将经上述处理后的镁合金试样采用射频等离子体增强化学气相沉积法或粒子束沉积法，在镁合金试样表面制备氮化硅陶瓷涂层。

所述射频等离子体增强化学气相沉积法的工艺参数为：将镁合金试样放入射频等离子体增强化学气相沉积设备的内腔沉积室中，系统抽至真空度为1×10^-4-1×10^-5Pa，以SiH₄和NH₃或N₂混合气为反应气源，沉积温度为150-450℃、射频功率为80-400W的条件下，沉积时间为10s-60min，冷却后在合金表面制得氮化硅陶瓷涂层。

所述SiH₄和NH₃或N₂混合气中SiH₄的流量为10-100sccm；SiH₄和NH₃或N₂流量比l：0.2-1。