[发明专利]在镁合金表面制备本体材料非晶层的方法

说明书

本发明公开了一种在镁合金表面制备本体材料非晶层的方法，将镁合金的表面进行打磨抛光后，通过激光改性法在镁合金表面形成一层非晶层。采用本发明方法所得涂层为非晶结构，可有效解决镁合金降解速率过快的问题，并且非晶层源自本体材料，可以保证涂层无生理毒性；涂层与镁合金基体结合紧密牢固，具有良好的生物相容性和耐腐蚀性。

技术领域

本发明属于生物医用金属材料技术，特别是涉及一种在镁合金表面制备本体材料非晶层的方法。

背景技术

镁及镁合金具有重量轻、比强度大、比刚度高、抗震性能好、生物相容性好等优点。由于镁合金的密度与人骨基本相同，其适当的弹性模量(约45GPa)能有效缓解应力遮挡效应，所以近几年镁合金作为金属植入材料已越来越受到人们的重视。但是镁的标准电极电位为-2.37eV，仅次于钾、钠、锂、钙等活性金属之后，具有较差的耐腐蚀性，而且镁合金中的第二相或杂质元素的存在会引起电偶腐蚀，导致镁合金表面很难自发形成表面膜来抵御腐蚀。较差的耐腐蚀性使得镁合金在人体环境下具有很快的降解速度，过快的降解致使产生的氢气在植入体周围积累，延缓了组织的愈合。因此，为了镁合金能满足临床应用对生物材料耐蚀性能的要求，必须对镁合金进行表面改性。

医用镁合金的表面改性处理的方法主要有：化学转化处理、溶胶凝胶法、微弧氧化、化学镀、有机涂层和离子注入等。

化学转化处理是采用化学或电化学方法在金属表面形成金属氧化物、铬酸盐、钴酸盐或其他与表面化学结合的化合物。形成的转化膜不仅可以提高镁合金的耐腐蚀性，而且还可以提高后续涂层的附着力。但是，转化膜中的铬、钴元素(均有免疫抑制作用)会降低镁合金的生物相容性。转化膜的厚度非常薄，无法抵抗任何的机械损伤，仅能做为打底层使用。

溶胶凝胶法作为一种湿化学方法，主要适用于制备薄膜材料，可以在任何形状和任何面积的基材上制备薄膜或涂层。但是，在镁合金表面制备溶胶-凝胶膜层过程中，呈酸性的溶胶会腐蚀镁合金表面，导致膜层不完整，进而降低膜层的覆盖度以及膜层与基体间的结合强度。

微弧氧化是通过电解液与相应电参数的组合，在Mg等有色合金表面依靠弧光放电产生瞬时高温高压作用，制备以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。这种膜层也属于陶瓷涂层，具有多孔的特点。微弧氧化的特点是与基体具有良好的结合力，提高镁合金金属的耐腐蚀性，但是氧化膜是否可降解以及降解速度等问题还有待进一步研究。

化学镀的原理是通过还原剂将溶液中的金属离子还原并沉积在基体上。化学镀镀层可以有效保护镁合金，具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。近年来，化学镀Ni-P二元合金技术日益成熟并被广泛应用于材料表面改性领域。考虑到Ni元素对人体的毒性作用，这种膜层不能应用到生物材料中。

通过有机涂层的方法不仅使镁合金具有良好的生物相容性，而且可生物降解和降解产物容易吸收或代谢。但是常用的有机涂层如聚乳酸(PLA)酸性降解产物会降低组织周围的pH，对人体产生一种非炎症性抗宿主反应，加之其亲水性和机械强度较弱，对组织和细胞的黏附生长将产生一定影响。

离子注入是在真空条件下往镁合金表面注入任何元素，但注入深度有限，一般为50～500nm。另外，镁合金表面离子注入可能存在的风险是镁合金基体的腐蚀速度远远大于表面注入层的腐蚀速度，易出现电偶腐蚀的问题，且一些元素注入层不易降解。

上述常用的镁合金表面改性技术无法同时做到减缓镁合金降解速度和防止有毒元素对人体的伤害。因此，在保证材料与骨组织间力学适配的前提下，提高材料的耐磨、耐蚀性能，保证材料本身的绿色、无毒性和生物相容性，是镁合金在内植入器械获得应用的关键。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的上述医用镁合金表面改性问题，本申请提供了一种在医用镁合金表面制备本体材料非晶层的方法。

技术方案：本发明所述的一种在镁合金表面制备本体材料非晶层的方法，包括以下步骤：