镁合金表面微弧氧化制备磷酸钙生物活性涂层的研究

摘要

采用微弧氧化技术、通过微弧氧化电弧的高温烧结作用可以在镁合金表面制备含磷钙的活性涂层。该方法制备的涂层是一种多孔状，与基体结合牢固，具有陶瓷特性的混合物，其性能与微弧氧化处理时各工艺参数的选择以及电解液的配方有关。借助扫描电子显微镜、χ射线衍射仪、磨损试验机等测试技术，对微弧氧化涂层的表面形貌、物相组成、摩擦系数进行了分析。通过研究微弧氧化参数对涂层形貌、钙磷比以及厚度的影响，确定了最佳工艺规范。研究涂层在体液环境下的耐腐蚀性能及摩擦磨损性能，并讨论涂层在模拟体液中的生物稳定性和生物活性。 实验表明：确定磷离子浓度为20g/L、Ca/P比1.5的CaCO3-Na3PO4溶液体系为最佳溶液；在工艺参数为氧化电压350V，氧化时间10min，脉冲频率500Hz，占空比10％时，制备了表面多孔分布均匀且富含钙磷的生物涂层，其主要相为镁、氧化镁、磷酸镁和CaNaPO4。涂层的极化电位为-1.36V，与镁合金基体相比提高约0.29V，涂层具有较好的耐蚀性；干摩擦下的摩擦系数分别为0.23，与镁合金基体相比降低约0.15左右，涂层具有较好的耐磨性。在模拟体液环境下，涂层表面可形成羟基磷灰石层，具有一定的骨形成能力。对采用微弧氧化技术在镁合金表面制备含磷、钙活性涂层的机理进行了初步的探讨，认为电泳理论可以解释电解液中含钙粒子向阳极运动的原因；而电弧的局部高温使阳极上发生了烧结的过程，从而在镁合金表面形成磷、钙涂层。 采用微弧氧化技术，制备的钙磷涂层具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，而且可诱导类骨磷灰石的生成，表现出较好的生物活性，使其在作为硬组织替代材料方面具有广泛的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2生物医用材料概述

1.2.1生物医用材料的定义

1.2.2生物医用材料的应用

1.2.3生物医用材料的分类

1.2.4生物医用复合材料

1.2.5镁及镁合金的生物医用

1.3微弧氧化技术

1.3.1微弧氧化技术简介

1.3.2微弧氧化技术的基本原理

1.3.3微弧氧化技术的优点

1.3.4微弧氧化技术的影响因素

1.3.5镁合金微弧氧化

1.4课题研究目的和内容

1.4.1课题研究的目的

1.4.2课题研究的意义

1.4.3课题研究的主要内容

第2章实验材料、设备与实验方法

2.1实验材料及设备

2.1.1实验材料

2.1.2微弧氧化设备

2.2实验方法

2.2.1微弧氧化电解溶液的选择

2.2.2微弧氧化的工艺参数的选择

2.3分析测试方法

2.3.1涂层形貌和成分分析

2.3.2涂层的相组成分析

2.3.3涂层的摩擦磨损实验

2.3.4涂层的腐蚀实验

2.3.5涂层的体外模拟实验

2.4课题研究的技术路线

第3章溶液及工艺对微弧氧化涂层的影响

3.1前言

3.2溶液体系及溶液浓度对微弧氧化涂层的影响

3.2.1溶液体系对微弧氧化涂层的影响

3.2.2溶液浓度对微弧氧化涂层的影响

3.2.3溶液中Ca/P比对微弧氧化涂层的影响

3.3工艺参数对微弧氧化涂层的影响

3.3.1电压对微弧氧化涂层

3.3.2脉冲频率对微弧氧化涂层的影响

3.3.3占空比对微弧氧化涂层的影响

3.3.4氧化时间对微弧氧化涂层的影响

3.4本章小节

第4章微弧氧化涂层的相组成、性能和成膜机理分析

4.1前言

4.2涂层的相组成

4.3涂层的耐蚀性研究

4.3.1耐蚀性测定的依据

4.3.2电化学腐蚀结果与讨论

4.4 涂层摩擦磨损性能研究

4.4.1 干摩擦条件下的摩擦磨损行为

4.4.2模拟体液条件下的摩擦磨损行为

4.5涂层的体外模拟研究

4.5.1模拟体液浸泡后涂层的表面形貌分析

4.5.2模拟体液浸泡后涂层的成分分析

4.6涂层形成机理的探讨

4.6.1涂层的形成过程

4.6.2电解液中含磷、钙粒子向阳极运动的机理

4.7本章小节

结论

参考文献

在学期间发表的论文

致谢