[发明专利]微弧氧化镁合金表面疏水Mg-Al类水滑石膜及其一步制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种微弧氧化镁合金表面疏水Mg‑Al类水滑石膜及其一步制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：S01，镁合金表面预处理；S02，微弧氧化处理；S03，水热处理，将去离子水加热并持续通入氮气，将覆有微弧氧化层（MAO）的镁合金置于含有Al(NOsubgt;3/subgt;)subgt;3/subgt;和肉豆蔻酸乙醇溶液的反应釜中，调节溶液pH，高温处理。本发明采用一步水热法在微弧氧化镁合金表面生成水滑石膜并同时进行阴离子置换反应，制备得到疏水性类水滑石膜，该方法工艺简单，能够显著提高疏水性类水滑石膜的制备效率和耐久性，为生物镁合金的表面防护提供了新方向。

技术领域

本发明涉及一种微弧氧化镁合金表面疏水Mg-Al类水滑石膜及其一步制备方法和应用，属于材料制造技术领域。

背景技术

镁合金具有良好的生物相容性、可降解性和与人体骨相似的弹性模量，已成为骨植入材料研究热点。将镁合金植入人体内，镁合金的可降解性不仅避免了二次手术，而且减轻了患者的痛苦和成本。但镁及镁合金的高电负性及其表面不致密的氧化膜削弱了其防腐能力，作为骨架材料植入人体内时容易受到腐蚀，降解速率加快，导致在骨折部位未完全愈合的情况下就被人体降解吸收，不能对组织恢复起到良好的支撑作用，严重阻碍了镁合金在生物医用领域的大规模应用。

超疏水表面在全世界引起了人们的广泛关注。超疏水表面能在膜层和腐蚀介质间形成一层空气层，将腐蚀介质隔绝在膜层外，显著提升耐蚀性。相关研究表明超疏水涂层在生物医学领域具有潜在的应用价值，如在AZ31表面基于硬脂酸的超疏水涂层能抑制血小板粘附，具有良好的血液相容性。

超疏水表面主要通过在疏水材料底物上构建微纳米结构或是利用低表面能材料对微纳米结构表面进行化学修饰。水滑石（Layered double hydroxide，LDH）即层状双氢氧化物，能够与各种阴离子进行交换，以得到具有不同功能的材料。通常，半径大的阴离子易于进入水滑石层间置换出半径小的阴离子，常见的离子交换为：CO₃^2-＞SO₄^2-＞HPO₄^-＞OH^-＞F^-＞Cl^-＞Br^-＞NO₃^-。水滑石层间阴离子的可交换性能够将环境中氯等腐蚀性离子滞留在层间，对基体提供防护效果。由于LDH具有微纳粗糙结构，很容易通过低表面自由能材料的化学修饰获得疏水性能。Iqbal等通过水热法在阳极氧化铝合金上制备了Ce-Mg-Al LDH，再通过全氟硅烷进行表面改性得到了接触角为156.6°的超疏水表面。

中国专利（公开号为CN 112359356 A）公开了“一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法”，该方法先通过水热反应制备锌铝类水滑石涂层，再在硬脂酸的无水乙醇溶液中进行修饰，获得具有超疏水功能的锌铝类水滑石涂层。中国专利202110789148.8“一种在铝合金多孔氧化膜表面制备超疏水锂铝类水滑石涂层的方法”通过阳极氧化工艺在铝合金表面制备多孔氧化膜；随后配制一定浓度的碳酸锂水溶液，将制备了多孔氧化膜的试样浸泡在其中，并水浴加热25-35min，在40-60℃下保温，获得锂铝类水滑石涂层；最后，将试样浸泡在月桂酸钠水溶液中进行化学修饰来降低其表面能，获得了超疏水性能。然而以上方法均需先在基体表面构筑出具有微纳结构的粗糙表面，再通过低表面能物质进行进一步修饰得到疏水表面，操作复杂且制备效率低。

目前对一步法制备超疏水类水滑石膜的研究鲜有报道。本发明采用一步水热法在微弧氧化镁合金ZK60表面、在碱性条件下制备Mg-Al类水滑石膜的同时将低表面能物质肉豆蔻酸通过阴离子交换的方法进行插层，通过一步法得到具有耐久性的疏水类Mg-Al类水滑石膜。本发明涉及的方法操作简单，对环境友好，生产制备效率高，易于推广应用。

发明内容