一種鎂合金表面微弧氧化-電泳復合涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合金表面微弧氧化-電泳復合涂層的制備方法，由此所制備的復合涂 層具有良好的耐蝕耐磨性能，可望成為一種新穎的生物醫(yī)學材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂及鎂合金基生物材料是最有可能成為下一代金屬基人體植入材料。金屬鎂的密 度和鎂的楊氏模量與人骨接近，可避免應力遮擋效應；鎂為人體內(nèi)不可缺少的元素，含量僅 次于鈣、鈉和鉀，同時鎂也是組成骨的主要成分，可促進骨、牙齒以及細胞形成，并在骨的礦 物質(zhì)代謝中起重要的調(diào)節(jié)作用。在人體體液中即使生成鎂離子，也可被周圍肌體組織吸收 或通過新陳代謝排出體外，具有生物可降解性。因此，鎂及其合金作為生物材料有著可觀的 應用前景。近年來在陽極氧化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微弧氧化技術(shù)可用于鎂合金的表面改性處 理，其原位生成的多孔氧化層具有無毒、耐蝕、耐磨等特點，是一種很有前途的鎂合金表面 處理技術(shù)。微弧氧化技術(shù)具有以下突出特點：可避免采用傳統(tǒng)高溫涂覆而引起的基體相變 和脆裂；實現(xiàn)在形狀復雜或表面多孔的金屬基材表面形成均勻的陶瓷沉積層；氧化層與基 體集合牢固，易控制氧化層成分、厚度；設(shè)備簡單、操作方便；膜層制備成本低；工藝綠色環(huán) 保。羥基磷灰石分子式為Ca ltl(PO4)6(OH)2，是骨組織及牙齒中的主要無機成分。人體牙本質(zhì) 中羥基磷灰石約占70%，牙釉質(zhì)中約占90%，琺瑯質(zhì)表面約占95%以上。羥基磷灰石具有優(yōu)良 的生物相容性、生物活性和骨傳導性，從羥基磷灰石的物理結(jié)構(gòu)來看，可以認為骨是一種彈 性高分子聚合物增韌的羥基磷灰石基復合材料。人工合成羥基磷灰石的成分、結(jié)構(gòu)與人體 骨組織的無機質(zhì)成分結(jié)構(gòu)相類似，它具有無毒、無刺激性、無致敏性、無致突變性和致癌性， 是一種生物相容性材料，可與骨發(fā)生化學作用，具有良好的骨傳導性。電化學沉積具有設(shè)備 簡單、成本低、操作方便、沉積工藝易控制等優(yōu)點。但在電化學沉積過程中，電解液溫度、基 底和電解液組成等條件都會對電化學沉積鈣磷產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)及表面形貌等產(chǎn)生影響， 因此也會存在羥基磷灰石涂層與金屬表面結(jié)合強度低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，利用脈沖電源進行電泳處理的方法 在鎂合金微弧氧化樣品表面形成優(yōu)質(zhì)的微弧氧化-電泳（MgO/HA)復合涂層。
[0004] 本發(fā)明的鎂合金表面微弧氧化/電泳復合涂層的制備方法的具體步驟為： 一、鎂合金表面微弧氧化膜層的制備：將進行預處理過的鎂合金置于電解液中作為陽 極，不銹鋼板作為陰極，進行微弧氧化處理3-20min，得到具有微弧氧化膜層的鎂合金備 用； (1) 其中所述電解液的制備方法如下：稱取原料鋁酸鈉或鋁酸鉀15-50g/l，氫氧化鈉 或氫氧化鉀強堿l-l〇g/l，過氧化氫或高錳酸鉀或氟化鉀l-l〇g/l，丙三醇l-l〇ml/l，乳酸 鈉5-30ml/l，依次溶入去離子水中，得到步驟一所述電解液； (2) 其中微弧氧化的處理工藝條件：以鎂合金制品為陽極，不銹鋼不溶性惰性金屬 為陰極在上述電解液中，陰陽極間施加脈沖電源進行微弧氧化處理，工藝參數(shù)是：電壓： 300-500V，溫度：5-50°C，時間：3-20min，pH 值：8-14 ; 所述步驟一中預處理過程是指將鎂合金原料采用400、1200、2000目砂紙依次打磨拋 光后，用去離子水、丙酮或乙醇等中至少一種超聲清洗處理完成。
[0005] 二、鎂合金微弧氧化-電泳復合涂層的制備：將步驟一制得的具有微弧氧化膜層 的鎂合金置于電泳懸浮液中作為陰極，不銹鋼不溶性惰性金屬為陽極，兩極間距l(xiāng)cm，在 電泳懸浮液中，利用脈沖電源進行恒壓電泳處理100-500S，反應結(jié)束后將鎂合金取出在 8(Γ100?下干燥，得到具有微弧氧化-電泳復合涂層的鎂合金； (1) 其中所述電泳懸浮液的制備方法如下：首先分別稱取羥基磷灰石（HA) 5-50g/l，無 水乙醇10-200ml/l或聚乙二醇5-50ml/l，硝酸鑭或硝酸鈰稀土陽離子l-10g/l，依次溶于 去離子水中，并用乙酸調(diào)節(jié)PH值到2飛，然后進行超聲處理l~3h，最后攪拌12~24h，得到步 驟二所述電泳懸浮液； (2) 陰極電泳處理的工藝條件為：以經(jīng)微弧氧化處理的鎂合金樣品為陰極，鉛板或不 銹鋼不溶性惰性金屬為陽極，兩極間距l(xiāng)cm，在上述電泳懸浮液中，利用脈沖電源進行恒壓 電泳處理，工藝參數(shù)為：電壓：50-300V，正向占空比：20-60%，負向占空比：10-40%，頻率： 50-500HZ，溫度：5-50°C，時間：100-500s，pH 值：2-6。
[0006] 本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是： 1、本發(fā)明方法步驟一的電解液中加入丙三醇或乳酸鈉后可以抑制弧光放電，降低陶瓷 膜表面的孔徑，提高了膜層的耐蝕性；步驟二的電泳處理可以在步驟一中處理得到的微弧 氧化樣品表面獲得含有羥基磷灰石以及鈣和磷元素的薄層，使樣品具有一定的生物活性； 步驟二的電泳懸浮液中加入鈰離子后，提高了處理后的復合膜層的鈣磷比，進一步提高了 復合膜層的生物活性；步驟二的電泳處理的鎂合金表面具有多孔結(jié)構(gòu)，并采用脈沖電源進 行電泳處理，提高了處理后復合圖層的結(jié)合強度。因此，通過微弧氧化和電泳處理后得到的 復合涂層具有一定的生物活性，耐蝕性好，且與基體結(jié)合強度高。
[0007] 2、本發(fā)明的方法在鎂合金表面得到了具有耐蝕性和一定生物活性的復合圖層，厚 度可達到10-40 μ m。經(jīng)微弧氧化處理得到多孔陶瓷膜后，利用電泳處理在陶瓷膜中加入了 羥基磷灰石等鈣磷化合物，使樣品具有一定的生物活性。
[0008] 3、本發(fā)明采用優(yōu)化的電泳處理工藝條件，獲得具有內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)的復合涂層，其 內(nèi)層致密完整，為Mg、Al的復合氧化物，且與基體金屬緊密結(jié)合；其外層光滑，為羥基磷灰 石以及含有Ca、P的復合氧化物，具有生物活性。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明在鎂合金表面得到的微弧氧化膜層的掃描電子顯微鏡照片； 圖2是本發(fā)明微弧氧化-電泳復合涂層的掃描電子顯微鏡照片； 圖3是本發(fā)明微弧氧化-電泳復合涂層的元素組成能譜分析； 圖4是本發(fā)明微弧氧化-電泳復合涂層的XRD相組成分析，橫坐標為2 Θ