镁合金上功能性生物涂层的制备研究
作为最轻的金属材料，镁及其合金其优异的物理和力学性能如高的比强度，良好的减振效果，以及高阻尼能力等已广泛应用在汽车工业，航空航天，电子电气，数码制造等领域。此外，镁合金的密度和杨氏模量接近于自然骨，还具有可降解性和生物相容性使其作为合适的骨修复材料越来越受到重视。此外，镁离子是人体代谢的重要元素，而且镁离子在生物体内可以刺激新骨组织的生长。相对于其他的可植入的金属材料如不锈钢，钛及其合金，钽、钴铬合金等，镁合金是在生物体内可以相对安全地完全被降解吸收，而且在骨修复完成后不用进行二次手术取出。这些不降解的金属植入物可以在生物环境中通过腐蚀或磨损释放出有毒的离子或颗粒这也非降解金属作为生物材料的使用的缺点。这些不降解金属材料作为外来植入物，尤其是生物相容性差的金属会引起一系列的排异反应，导致纤维囊的形成，从而包覆植入体。镁合金作为生物材料，具有生物相容性好的特点，可以有效解决这些问题。然而，镁合金由于其较差的耐腐蚀性，特别是在体液和血浆环境的生物体体内，由于含氯离子的缘故，存在降解速度过快的问题，这也大大限制了镁合金在生物材料方面的应用。如何提高镁合金在体液环境下的耐蚀性，生物相容性等是一个重要的研究课题。当前的研究中，表面处理技术是一类解决这些问题的简单有效方法。在本文中，我们使用浸涂法，水热法，阳极处理并结合浸渍法，预腐蚀方法在镁合金上制备了一系列功能性复合涂层。实验中我们以镁合金为研究对象，分别在镁合金上设计制备了三种不同的功能型涂层。 本研究主要内容包括：⑴在镁合金上设计制各了一种结合力强，耐腐蚀性好，可以在生物环境中释放锌离子的MgO/PCL/ZnO复合膜层。制备方法为将准备好的镁合金先进行阳极氧化制各出阳极氧化膜（主要成分为MgO），然后将阳极氧化过的镁合金在聚己内酯与粉末氧化锌混合溶液中利用浸渍提拉法制备出MgO/PCL/ZnO复合膜层。膜层的表面形貌运用SEM、数码照片等表征，膜层的附着力性能测试，膜层的耐蚀性用电化学和浸泡实验进行测试，锌离子释放用火焰原子吸收进行检测。这种复合膜层不但提高了镁合金在生物环境中的耐蚀性，还在生物环境中释放出的锌离子，可以促进骨组织生成。⑵在前一体系的基础上，用一步浸渍提拉法直接在预腐蚀的镁合金上制备出HPPS/PCL/ZnO复合膜层。聚己内酯(PCL)是一种新型的可完全降解的生物材料，但是浸渍提拉法制备的单一的聚己内酯膜层，孔隙率高，不足以提供镁合金的保护作用。制备出的复合膜层由于由于氧化锌和超支化聚苯硫醚(HPPS)的加入，膜层的孔隙率降低，膜层的生物相容性和耐蚀性都提高了。结合力测试表明预腐蚀在镁合金上构筑的三维粗糙结构使膜层与镁合金的结合力显著提高。⑶在镁合金上通过水热法和浸渍法制备出了耐腐蚀，抗茵的HA/PFLX复合膜层。羟基磷灰石(HA)是一种生物活性材料，广泛应用于牙科和外科植入物。生物体内羟基磷灰石可以形成牢固的化学键，因为它的化学成分类似于自然骨羟基磷灰石。镁合金表面的HA涂层可以保护镁合金基体，延缓溶出金属离子，同时促进其骨结合，提高镁合金的耐腐蚀性能。培氟沙星(PFLX)是一种喹诺酮类广谱抗生药物。培氟沙星也用作金属材料在腐蚀介质中的缓蚀剂。电化学极化测试表明，复合涂层的镁合金样品在SBF中具有良好的耐蚀性。HA涂层样品的SEM照片表明，样品表面的球状结构是由片状羟基磷灰石组成。HA试样在培氟沙星溶液浸泡后，涂层表面的水热反应过程中气体冲击形成的洞变得越来越不明显。这种复合膜层不但提升了镁合金在生物环境中的耐蚀，还可以释放出抗菌消炎作用的甲磺酸培氟沙星。
镁合金材料;复层保护;生物涂层;浸渍提拉法
西南大学
硕士
无机化学
李青
2015
中文
TG146.22;TG174.46
56
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）