AZ31镁合金表面预处理对钙磷涂层腐蚀性能的影响

摘要

目前，镁合金作为可降解植入体材料越来越受到研究者们的关注。限制镁合金应用的主要问题是镁的化学性质过于活泼，在人体内降解过快。人们希望可以有效地控制镁合金的腐蚀速率，从而大大提高镁合金在可降解植入体材料方面的应用价值。本文针对镁合金腐蚀速率过快这一问题，采用表面处理的方法，在AZ31镁合金的表面制备了基体转化预处理/钙磷沉积复合涂层，增加了基体与钙磷涂层之间的结合力，有效地提高了镁合金的耐蚀性能。
　　对预处理层的制备工艺进行了系统的研究，证实预处理层的状态会对复合涂层的耐蚀性能产生重要影响，为基体提供主要的腐蚀抗力。通过调整不同的预处理工艺，并优化预处理工艺参数，实现了对预处理层成分、形貌的调控，并分析了预处理层的生长机制，对不同预处理状态下涂层的腐蚀性能做出评价。
　　采用的预处理工艺分别为阳极氧化、微弧氧化、碱-热处理和水热处理。研究结果表明：阳极氧化预处理层为基体提供的耐蚀性能有限。微弧氧化预处理工艺有效地降低了腐蚀电流密度。碱-热预处理工艺则提高了基体的腐蚀电位。水热预处理基体的耐蚀性能较好，使基体发生了明显的钝化现象。
　　当利用水热法制备预处理层时，水热溶液浓度、温度、时间都会对预处理层及复合涂层的腐蚀性能造成影响。当水热温度较低，水热时间较短时，水热预处理层厚度较小，当水热温度较高，时间较长或水热溶液浓度较大时，所制备的预处理层由于生成的气体无法排除而将会造成涂层脱落，使预处理层耐蚀性能降低。
　　在预处理/钙磷沉积复合涂层中，钙磷沉积涂层的主要成分为HA、DCPD和OCP，HA以丝状或带状结构存在于复合涂层的表面。水热预处理层表面钙磷涂层的沉积会减缓预处理层在模拟体液中的溶蚀速率，从而使基体镁合金获得更优异的耐蚀性能。在模拟体液的浸泡过程中，预处理层提供主要的耐蚀抗力，钙磷涂层表面的带状表面层的空隙中将会有部分腐蚀液浸入，腐蚀液与预处理层相接触，逐渐侵蚀预处理层。而表面的钙磷涂层在模拟体液的浸泡过程中不断进行溶解和沉积的平衡，修复这些表面空隙，令预处理层保持优异的耐蚀性能。