[发明专利]一种镁合金表面制备含铁涂层的微弧氧化电解液及方法

说明书

本发明涉及镁合金微弧氧化电解液及微弧氧化方法。电解液包括：氟化物、胺盐(或氨水)、含铁和含磷电解质，也可添加以下一种或几种电解质：硼酸或硼酸盐、氟锆酸钾、碳酸盐。该微弧氧化方法包括：前处理，微弧氧化，后处理。本发明不使用强碱，所用微弧氧化电解液为中性或弱碱性。本发明制备的氧化膜含适量的氟和高含量的铁，且结构致密、耐蚀性好，具有良好的生物相容性。

技术领域

本发明涉及镁合金表面处理技术，具体地说是医用镁合金表面采用微弧氧化制备生物相容性涂层的工艺。

背景技术

随着科学技术发展、人口老龄化以及工业、交通、体育等导致的创伤增加，人们对生物医用材料及其制品的需求越来越大。目前临床上广泛使用的骨折内固定器材多由不锈钢及钛合金制造。与以上金属材料相比，镁合金具有以下优势：(1)镁合金的弹性模量(40-45GP)与人骨更接近，能有效缓解应力遮挡效应。(2)不锈钢或钛合金在体液中腐蚀或磨损后可能释放出有毒的离子或颗粒；而镁是人体必须的宏量元素之一，参与体内一系列新陈代谢过程，加速骨愈合等。(3)目前常用的金属植入物是惰性材料，在用于骨修复后需经二次手术取出。镁合金作为可降解材料，能避免二次手术，减少患者痛苦和经济负担。尤其令人欣喜的是近年来发现镁合金具有抗菌性能。虽然镁合金在生物医用领域具有独特的应用前景，但其在体液中腐蚀降解速度过快，不能满足作为可降解生物植入材料的标准。因此，改善镁合金本身的耐腐蚀性能以及完善表面改性技术成为镁合金在骨科内植入材料领域应用的关键。

微弧氧化是一种有效的镁合金表面处理技术，所形成的膜层具有耐蚀性能高、耐磨性能好以及与基体结合良好等特点。采用微弧氧化在镁合金表面原位生成氧化膜，不仅能延缓镁合金在体液中的腐蚀降解速率，而且由于火花放电在涂层表面形成的多孔结构有利于成骨细胞的粘附、增殖和分化，提高镁合金的生物相容性。

由于微弧氧化制备的陶瓷膜性能如表面形貌、成分、结构和耐蚀性主要由电解液组成、基体材料和电参数所决定，因此可通过调节以上影响因素来获得某种性能的氧化膜。目前就镁合金微弧氧化而言，在改善其耐蚀性前提下，若将人骨中不可缺少的微量元素引入涂层中则更好，可进一步改善涂层的性能如生物相容性、成骨性、生物活性或抗菌性等。

铁元素是人体健康不可缺少的微量元素，成年人体内铁元素的含量约为3g～5g，其中2/3集中在血红蛋白内。人体内铁元素的含量虽少，但有着重要的生理作用。如果人体长期缺少铁元素，或对铁元素的吸收受到障碍时，人体内就难以产生血红蛋白，造成血色素降低，甚至发生缺铁性贫血。铁缺乏还会对骨盐密度、含量和脆性产生重大的影响。

本专利应用仿生学原理，从天然骨的成分出发，在中性或弱碱性溶液中，采用一步微弧氧化方法，将适量的氟和较高的铁引入微弧氧化膜中，实现在镁合金表面制备高耐蚀性生物相容性涂层。

发明内容

为了克服上述不足，本发明目的在于提供一种具有较高耐蚀性、较好生物相容性涂层的镁合金微弧氧化电解液以及微弧氧化方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种镁合金表面制备含铁涂层的微弧氧化电解液包括：氟化物、胺盐(或氨水)、含铁和含磷电解质，也可添加以下一种或几种电解质：硼酸或硼酸盐、氟锆酸钾、碳酸盐。其中氟化物3g/L～20g/L，胺盐(或氨水)50-500g/L，含铁电解质2-50g/L，含磷的酸或磷酸盐3g/L～50g/L，硼酸或硼酸盐5g/L～50g/L，氟锆酸钾5-30g/L，碳酸盐5g/L～20g/L。电解液中也可以不添加硼酸或硼酸盐、氟锆酸钾、碳酸盐。

所述氟化物为氢氟酸、氟化氢铵、氟化钠或氟化钾；胺盐为六次甲基四胺；含铁电解质为醋酸铁、硫酸铁、EDTAFeNa的之一种或几种。