CaO-P2O5-SrO-Na2O玻璃陶瓷涂层包覆镁合金的制备及耐蚀性研究

摘要

镁及镁合金具有良好的力学相容性、生物相容性及生物降解性,有望成为新一代骨科修复材料,然而镁合金在富含 Cl-的体液环境中降解过快,导致力学性能过早失效,并引起局部高镁离子环境、过大析氢速率以及较高pH值,严重影响受伤周围组织的生长和愈合,因此必须有效控制镁合金的降解速率,使之与组织新生或愈合速度相匹配,才能有望实现其临床应用。
　　本文采用溶胶-凝胶结合浸渍提拉技术在AZ31镁合金表面制备了CaO-P2O5-SrO-Na2O(CaP)生物活性玻璃陶瓷涂层,并在前驱体溶胶中添加高分子物质聚乙二醇 PEG进行改性,煅烧后所得涂层(m-CaP)析晶度增大。通过DSC/TG分析了凝胶体系的热行为,利用SEM、XRD和FTIR研究了溶胶浓度、热处理温度及 PEG对涂层表面形貌及组成的影响,并采用亲水性测试、电化学测试和体外降解实验研究了材料的耐蚀性。
　　实验结果表明,调整溶胶浓度为0.5 mol/L,热处理温度为400~500°C,可在镁合金表面制备出完整包覆、结构均匀无裂纹的CaP涂层,涂层厚度约为1.4μm。400°C热处理制备的CaP涂层主要由链状偏磷酸盐玻璃相及少量Ca2P2O7结晶相组成,随热处理温度升高至450和500°C,玻璃相结构不变,含量减少,Ca2P2O7结晶相含量增多,并出现新相β-Ca(PO3)2和Ca4P6O19。CaP涂层改善了镁合金的亲水性,但随热处理温度的提高,析晶增多,涂层表面粗糙度增大,接触角变小,过小的接触角促进了材料与腐蚀液的接触,不利于其耐蚀性的提高。400°C热处理制备的 CaP涂层玻璃相含量较多,有利于涂层内残余应力的释放,在电化学测试及SBF腐蚀浸泡过程中不易开裂,能够为镁合金提供有效的初期保护作用。随热处理温度的升高,涂层析晶增多,残余应力增大,耐蚀性下降。
　　在CaP溶胶中添加PEG,降低了玻璃转化温度Tg,促进析晶,同时由于PEG具有分散溶胶的作用,改善了涂层的均匀性,可有效减少涂层残余应力,有利于完整涂层的形成。由于结晶相Ca2P2O7和β-Ca(PO3)2的降解速率小于偏磷酸盐链状玻璃相,在保持涂层完整性的基础上,具有较大析晶量的 m-CaP涂层的初始耐蚀性优于 CaP涂层。随浸泡时间的延长,m-CaP涂层逐渐发生腐蚀降解,这种初期具有保护作用,随后逐渐降解的行为符合理想植入材料的降解模式,因此400°C制备m-CaP涂层包覆镁合金是一种潜在的可降解植入材料。

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第一章 绪论

1.1骨修复材料简介

1.2生物医用镁合金材料

1.3生物医用镁合金材料的表面改性研究

1.4生物医用镁合金材料表面生物活性涂层体系

1.5本课题的研究目的及主要研究内容

第二章 实验过程及表征方法

2.1实验药品及设备

2.2实验过程

2.3材料的表征方法

第三章 镁合金表面CaO-P2O5-SrO-Na2O涂层制备及耐蚀性研究

3.1 CaP涂层包覆镁合金工艺优化研究

3.2 CaP涂层包覆镁合金亲水性及耐蚀性研究

3.3本章小结

第四章 PEG辅助溶胶-凝胶法制备CaO-P2O5-SrO-Na2O涂层包覆镁合金及耐蚀性研究

4.1 m-CaP涂层包覆镁合金微观结构及组成研究

4.2 PEG辅助制备CaO-P2O5-SrO-Na2O涂层包覆镁合金耐蚀性研究

4.3本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢