生物玻璃涂层包覆表面处理镁合金材料的制备、降解和力学性能的研究

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医用镁及镁合金具有优良的生物相容性、力学相容性及生物可降解性,有望成为新一代骨植入材料。然而镁合金在富含氯离子(Cl-)的体液环境中有较快的降解速率,而导致力学性能失效,并引起局部镁离子浓度过高、氢气皮下气肿以及较高pH值等。这些问题严重限制了镁合金的临床应用,因此在不影响镁合金自身耐蚀性和力学性能的前提下,有效控制镁合金的降解速率,具有重要的意义,而表面涂层技术是提高镁合金耐蚀性的有效手段。本文采用溶胶-凝胶结合浸渍提拉技术在AZ31镁合金表面制备了45S5生物玻璃陶瓷涂层,研究了热处理过程对镁合金基体本身耐蚀性和力学性能的影响;镁合金表面酸、碱处理对涂层与基体的界面结合强度和涂层耐蚀性的影响;不同涂层包覆镁合金试样在压应力条件下的腐蚀情况和力学性能。实验结果表明,制备涂层过程中的热处理不会明显降低镁合金的耐蚀性能和力学性能,AZ31镁合金基体可以承受500°C左右的热处理。通过酸、碱处理镁合金表面,可以制备出完整包覆、均匀无裂纹的致密45S5涂层,涂层厚度约为1.3μm。表面酸、碱处理后在涂层和基体之间产生中间层,同时基体和涂层的界面结合强度会有显著提高,涂层更加致密,对基体的保护能力提高明显。体外降解实验和电化学实验结果表明通过HF处理的基体表面可获得致密45S5涂层,其包覆镁合金试样具有最好的耐蚀性。对酸处理涂层、碱处理涂层和介孔涂层包覆棒状镁合金试样轴向加压,发现一定压力条件下三种涂层表面均会发生开裂,压力对涂层具有时间累积效应。当轴向压力为0.5 MPa时,在模拟体液中进行降解测试,发现试样的耐蚀性略低于未加压试样。浸泡12天之后,试样轴向的抗压强度下降约10%。
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