AZ31镁合金表面水热合成羟基磷灰石膜层的研究

摘要

镁合金凭借其良好的综合力学性能、生物相容性以及生物可降解性成为新一代的生物医用植入材料，但镁合金较差的耐蚀性极大地制约了其在这一领域的发展，所以需要具有生物兼容性的材料对其进行表面改性以提高其耐腐蚀性能。因此耐蚀强度和化学稳定性高的羟基磷灰石成为医用植入镁合金表面改性的首选材料。将羟基磷灰石涂覆在镁合金表面，不仅能缓解镁合金降解，还可增强镁合金与骨组织的化学结合，确保植入体的早期稳定。虽然在镁合金表面制备羟基磷灰石涂层的方法较多，但由于镁合金在溶液中易被腐蚀，利用水热法合成羟基磷灰石膜层的报道很少。水热法可有效减少沉积时间，降低能耗，避免电沉积前预处理的氢氟酸的使用，同时还可避免高温下引起镁合金基体熔解和羟基磷灰石的分解。
　　 本文利用水热法以Na2EDTA，Ca(OH)2和NaH2PO4为前驱物，在AZ31镁合金轧板表面制备结晶性好和纯度高的羟基磷灰石膜层。所得膜层通过XRD、HRTEM、FE-SEM和EDS等检测手段进行了结构和形貌表征。经FE-SEM观察，表面由厚度为9nm的纳米片自组装而成的纳米花构成，膜层厚度为96μm。经EDS数据计算得出羟基磷灰石的n(Ca)/n(P)为1.42，相对已报道的研究更接近羟基磷灰石的理论值(1.67)。通过比较和分析不同反应温度、保温时间、pH、浓度、不同溶液极性条件下的膜层形貌及物相变化，进而确定了反应实现的工艺参数范围。并结合“负离子配位多面体生长基元”模型及反应相关热力学计算，探讨了在镁合金表面生成羟基磷灰石的形成机理。
　　 运用电化学手段检验了所得膜层在生理盐水中的耐腐蚀性能。极化曲线结果证实处理后的试样相对于空白样的腐蚀电流密度降低近一个数量级，腐蚀电位升高。电化学阻抗谱证实两者的极化电阻之比近2∶1。在模拟体液中的析氢试验结果也同样证实羟基磷灰石膜层对镁合金基底起到了一定的保护作用。对所得膜层进行了浸润性试验证实其具备一定的亲水性，可以保证其植入体能后与细胞间较强的吸附性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 镁合金作为医用植入材料

1．2．1 镁合金作为医用植入材料的特点

1．2．2 镁合金作为医用植入材料的关键技术

1．3 医用镁合金表面改性技术研究进展

1．3．1 阳极氧化膜

1．3．2 可降解高分子涂层

1．3．3 化学转化膜

1．3．4 金属离子注入涂层

1．3．5 惰性陶瓷涂层

1．3．6 生物活性陶瓷

1．4 羟基磷灰石

1．4．1 羟基磷灰石特性

1．4．2 镁基羟基磷灰石膜层的制备

1．5 水热法

1．5．1 水热法特点

1．5．2 水热法合成镁基羟基磷灰

1．6 选题意义及研究内容

参考文献

第二章 试验材料及检测方法

2．1 试验材料

2．2 主要化学试剂

2．3 试验设备

2．3．1 高压反应釜

2．3．2 X射线衍射仪(XRD)

2．3．3 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．4 透射电镜(TEM)

2．3．5 耐蚀性畿测试

2．3．6 接触角测试仪

参考文献

第三章 AZ31轧板表面羟基磷灰石的制备

3．1 引言

3．2 工艺流程

3．2．1 样品的前处理

3．2．2 试验过程

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 物相表征

3．3．2 表观形貌

3．3．3 耐蚀性能测试

3．3．4 接触角测试

3．4 成膜机理探讨

3．4．1 EDTA的自组装作用

3．4．2 成膜机理

3．5 本章小结

参考文献

第四章 膜层影响因子控制

4．1 引言

4．2 试验结果

4．2．1 温度

4．2．2 溶液极性

4．2．3 pH

4．2．4 时间

4．2．5 浓度

4．3 水热合成法在AZ31镁合金生成羟基磷灰石的生长机理

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结论

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文