ZK60可降解镁合金表面含HA微弧氧化涂层的制备及封孔性能研究

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作为一种新型生物可降解植入材料,镁及其合金因具有与人骨匹配的力学性能、可加工性、优异的生物相容性和生物可降解性而日益受到广泛的关注。但镁及其合金耐腐蚀性能较差,在有氯离子存在的体液环境中腐蚀降解过快,易造成较大量气体的释放以及局部体液的碱化,给人体带来不利影响的同时也会使植入材料提前失效,阻碍了其临床应用。本文采用微弧氧化技术,通过调整处理电压、电解液组成配比,在ZK60可降解镁合金表面制备了含有羟基磷灰石的微弧氧化涂层,并利用SEM、EDS、XRD、XPS等分析检测手段,以及电化学测试和体外浸泡实验,对所得涂层的微观结构和组成、耐腐蚀性能进行表征,以得到最佳综合性能的微弧氧化涂层。最后通过溶胶凝胶方法对微弧氧化涂层进行封孔处理,并以溶血实验和细胞毒性实验评价了各涂层的生物相容性。主要研究结果归纳如下:对于Ca10(PO4)6(OH)2浓度为1g/L的电解液体系,不同处理电压所得涂层均为主要由O、F、Mg、P和Ca元素组成的多孔结构涂层。XRD检测涂层中含有MgO、MgF2和Ca10(PO4)6(OH)2相,XPS分析表明涂层中还含有Ca3(PO4)2、Ca2P2O7、CaHPO4和Ca(H2PO4)2。随着处理电压的升高,所得涂层的厚度越来越厚,表面微孔越来越少,电化学检测和体外Hank’s溶液浸泡实验均表明420V电压涂层具有最佳的耐腐蚀性能。相较于电解液中不含Ca10(PO4)6(OH)2的微弧氧化涂层,电解液中添加Ca10(PO4)6(OH)2后的微弧氧化涂层表面致密度、耐腐蚀性能和生物相容性都得以提高,并表现出更低的细胞毒性。处理电压同为420V,电解液中不同浓度Ca10(PO4)6(OH)2的微弧氧化涂层微观结构比较类似,颗粒化合物填充了表面大多数的微孔。只是电解液中Ca10(PO4)6(OH)2浓度为1g/L的涂层更加紧密厚实,较长时间的腐蚀性液体环境中浸泡也最稳定,对镁合金基体的保护性能最持久有效。涂覆溶胶凝胶涂层的微弧氧化涂层的耐腐蚀性能进一步提高,在Hank’s溶液中浸泡后的pH值始终较低,并且浸泡后涂层表面有较高含量的钙磷盐生成。与未处理的镁合金基体相比,复合涂层样品的自腐蚀电流密度显著减小,基体镁的降解速率得以明显减缓。溶血实验和细胞毒性实验表明,含有CaHPO4·2H2O的复合涂层比单纯的微弧氧化涂层的溶血率更低,细胞相容性更好。相对于镁合金基体,涂层处理样品的生物相容性均显著提高,符合医用植入材料的要求。
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