[发明专利]一种镁合金表面微弧氧化/水热处理复合膜层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面微弧氧化/水热处理复合膜层的制备方法。

背景技术

20世纪以来多种金属基生物材料(如不锈钢、钴铬钼合金、钛合金和镍钛形状记忆材料等)被成功开发，而且其中某些生物硬组织植入材料已实际用于临床，这些材料在人体组织中的磨损和腐蚀，可能产生对人体有害磨屑和金属阳离子，甚至使器件失效。相对聚合物或陶瓷材料，镁合金材料有许多突出特点。①安全性高：镁是人体内仅次于钙、钠和钾的常量元素，成人每人每日需要量超过350mg^[，而且过量的镁可以通过尿液排出体外，因此镁以一定速率降解时不会对人体产生不良影响。②具有生物学特性：镁是一种能激活多种酶的重要元素，又是能量转运、贮存和利用的关键元素，对于调节细胞的生长和维持膜结构有重要作用。③具有可降解性：镁可以被人体完全降解。④力学相容性好：镁合金的密度与人的骨密度相当，且具有较高的比强度和比刚度；可以通过调节工艺获得与人骨相当的弹性模量。因此镁合金生物材料研究为人类展示了一个新的美好前景。但是，镁的标准电极电位为-2.375V，其化学性质极为活泼。镁合金在生理pH(7.4-7.6)和高Cl^-离子的环境介质中，表面MgO膜会遭到破坏，导致腐蚀加剧，使得病理组织愈合之前就失去其机械力学性能；或者在腐蚀过程中产生过多的氢气无法被组织吸收，造成手术处皮下鼓泡；并且腐蚀过程还会引起体液的pH值升高，对其它组织可能产生不利影响。同时，镁自身没有骨诱导性，若直接植入人体内，新骨难以在其表面生长。镁的耐腐蚀性和生物活性差严重限制了其作为植入材料的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有镁合金自身耐腐蚀性差和生物活性差的问题，本发明提供了一种镁合金表面微弧氧化/水热处理复合膜层的制备方法。

本发明的镁合金表面微弧氧化/水热处理复合膜层的制备方法是通过以下步骤实现的：

一、镁合金表面微弧氧化膜层的制备：将去掉氧化膜的镁合金置于电解液作为阳极，不锈钢板作为阴极，进行微弧氧化反应5～10min，然后将镁合金取出后冲洗再干燥，在镁合金表面得到微弧氧化膜层；其中，电解液由浓度为3.5g/L～4.5g/L的氢氧化钠和4.5g/L～5g/L的六偏多聚磷酸钠组成，溶剂为水，控制电解液的温度为15～40℃，微弧氧化工艺参数为：恒定功率136W，电流密度为2A/cm²，频率为2000Hz；

二、将步骤一处理后的镁合金置于盛有水热反应液的密封反应器中，然后将密封反应器在100℃～160℃的温度下水热反应1.5～2.5h，反应结束后将镁合金取出后干燥，在镁合金表面得到生物陶瓷膜层，完成镁合金表面微弧氧化/水热处理复合膜层的制备方法；其中，水热反应液由浓度为0.03g/L～0.05g/L的氢氧化钠、0.1g/L～1.0g/L的乙酸钙和0.1～1.2g/L的六偏多聚磷酸钠组成，溶剂为水；其中，步骤一和步骤二中的六偏多聚磷酸钠是由六偏磷酸钠和多聚磷酸钠按照5∶1的质量比配制得到的。

本发明的步骤一中去掉氧化膜的镁合金是采用如下方法将氧化膜去掉的：采用SiC砂纸去除氧化膜的方式的过程为首先用400目砂纸打磨9min，然后用800目砂纸打磨6min，再用1000目砂纸打磨3min，最后冲洗干净，干燥后使用。

本发明步骤一中将镁合金取出后冲洗再在80℃～100℃下干燥。

本发明步骤二中反应结束后将镁合金取出后在80℃～100℃下干燥。

本发明的有益效果在于：步骤二的水热处理可以在步骤一得到的微弧氧化膜层表面上引入钙和磷元素，在镁合金表面得到生物陶瓷膜层，提高了膜层的生物活性。因此，通过微弧氧化和水热后处理得到的复合膜层具有生物活性，而且耐腐蚀、陶瓷膜均匀性好，复合膜层是在基体上原位生长，与基体结合强度高。利用微弧氧化及水热后处理技术完成的本发明的制备方法，可以同时对大量形状复杂的样件进行全方位的处理，不受基体尺寸形状的限制，这是其它表面改性技术所难以达到的。

利用本发明的方法在镁合金表面得到的具有耐腐蚀性和一定生物活性的复合陶瓷膜层，厚度达5.6μm以上，粗糙度为0.45μm以上。经微弧氧化法得到陶瓷膜层后，再利用水热处理向陶瓷膜层中引入了Ca、P元素，钙元素含量最多占1.46％，磷元素最多占14.13％，具有一定的生物活性。相对于镁合金而言，本发明得到的具有生物活性的复合膜层对模拟体液(SBF)的耐腐蚀性能有很大改善，提高了近2个数量级。