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探究自封纯镁表面CaP微弧氧化涂层制备与性能

收藏本文 2024-02-09 点赞:26967 浏览:120749 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:作为一种新型可降解植入材料,镁基金属由于其优异的力学性能、良好的生物相容性以及在生理环境中的可降解性已经得到了越来越多的关注和探讨。但是镁基金属较差的耐蚀性能将导致局部碱化、过快的氢气释放以及植入体的提前失效等不足,这也限制了其在临床上的运用。本论文以纯镁作为探讨对象,在特殊的Ca(OH)2基电解液系统中通过微弧氧化在材料表面成功制备出具有自封孔特点的含Ca-P微弧氧化涂层,系统探讨了处理电压、电解液浓度配比对涂层微观结构、化学成分、电化学腐蚀性能以及体外降解行为的影响。并通过动物植入实验初步探讨了涂层纯镁的体内耐腐蚀性能。结果表明:不同处理电压下所得的微弧氧化涂层都具有类似的结构,其表面绝大部分放电微孔被颗粒化合物填充。涂层厚度随着处理电压的升高而增大,涂层的多孔结构处和颗粒化合物都具有一致的成分,主要包含0, Mg, F, Ca和P元素,但是XRD只能检测出少量晶化的MgO相。XPS浅析表明涂层主要包含MgF2, MgO, Mg3(PO4)2, Ca2P2O7和CaHPO4。电化学测试和体外浸泡实验均表明涂层处理后的纯镁耐腐蚀性能得到了显著提升,且450V处理所得涂层具有最佳的耐腐蚀性能。涂层在Hank's溶液浸泡历程中发生着显著地降解,并且浸泡后的涂层表面都具有较高含量的Ca和P。当电解液系统中Ca(OH)2浓度为1.2g/L,(NaPO3)6浓度为4g/L时所得涂层在腐蚀性环境下具有最佳的稳定性,使得浸泡溶液pH值始终维持在最低水平上,能够对纯镁基底提供最为持续有效的保护作用。微弧氧化涂层的有着有效抑制了镁基底在PBS溶液中的腐蚀,最大程度地保证了其机械完整性。PBS溶液浸泡后的涂层纯镁样品表面出现了许多长条状的颗粒腐蚀产物,其主要成分是O、Mg和P,推测是Mg(OH)2和镁磷酸盐的混合产物。纯镁表面含Ca-P的微弧氧化涂层能显著提升纯镁在动物体内的耐腐蚀性能,避开植入体在植入初期地快速降解,最大限度地维持植入体的原始形态,保证其在服役期内能够保持一定的强度、形态等理化性能。关键词:纯镁论文微弧氧化论文自封孔结构论文耐腐蚀性能论文降解行为论文

    摘要5-6

    Abstract6-8

    目录8-11

    1 绪论11-22

    1.1 镁基金属作为硬组织植入材料的探讨近况11-15

    1.1.1 镁基金属作为硬组织植入材料的优势11-12

    1.1.2 镁基金属作为硬组织植入材料的探讨概况12-14

    1.1.3 镁基金属的腐蚀行为14-15

    1.2 改善镁基金属耐蚀性能的探讨15-17

    1.2.1 镁基金属作为医用植入材料有着的不足15

    1.2.2 医用镁基金属的表面处理探讨15-17

    1.3 镁合金表面微弧氧化技术17-20

    1.3.1 微弧氧化技术概况17

    1.3.2 医用镁合金表面微弧氧化涂层探讨进展17-20

    1.4 论文的探讨目的和主要探讨内容20-22

    2 实验历程及策略22-26

    2.1 实验材料及微弧氧化涂层制备22-23

    2.1.1 实验材料22

    2.1.2 微弧氧化装置及涂层制备22-23

    2.2 涂层表征策略23

    2.3 力学性能测试23

    2.4 电化学测试23-24

    2.4.1 电化学交流阻抗谱(EIS)测试24

    2.4.2 动电位极化曲线测试24

    2.5 体外浸泡实验策略24-26

    3 微弧氧化电压对涂层结构及性能的影响26-56

    3.1 涂层显微结构及成分26-35

    3.1.1 涂层表面形貌26-27

    3.1.2 涂层截面形貌27-28

    3.1.3 涂层EDS浅析28-30

    3.1.4 涂层的相组成浅析30-32

    3.1.5 涂层表面XPS成分浅析32-35

    3.2 涂层的电化学腐蚀性能探讨35-39

    3.2.1 涂层的电化学交流阻抗谱(EIS)测试35-38

    3.2.2 涂层极化曲线测试38-39

    3.3 涂层纯镁与未处理纯镁的体外浸泡实验探讨39-54

    3.3.1 浸泡溶液pH值变化40-41

    3.3.2 未处理纯镁样品在Hanks溶液中的降解行为41-46

    3.3.3 MAO涂层纯镁样品在Hank’s溶液中的降解行为46-52

    3.3.4 讨论52-54

    3.4 微弧氧化对纯镁抗拉强度的影响54-55

    3.5 小结55-56

    4 不同电解液浓度配比对涂层结构及性能的影响56-76

    4.1 不同Ca(OH)_2浓度下的涂层结构和性能56-66

    4.1.1 涂层的微观形貌56-58

    4.1.2 涂层的化学成分与相组成浅析58-59

    4.1.3 涂层纯镁的电化学腐蚀性能探讨59-62

    4.1.4 涂层纯镁体外浸泡实验探讨62-66

    4.2 不同(NaPO_3)_6浓度下的涂层结构和性能66-74

    4.2.1 涂层的微观形貌66-68

    4.2.2 涂层的化学成分以及相组成浅析68-69

    4.2.3 涂层纯镁的电化学性能探讨69-71

    4.2.4 涂层纯镁体外浸泡实验探讨71-74

    4.3 小结74-76

    5 动物实验探讨76-86

    5.1 样品植入76

    5.2 术后实验浅析76

    5.3 植入后常规生理观察76-77

    5.4 植入样品宏观形貌浅析77-78

    5.5 植入体表面微观形貌及成分浅析78-81

    5.6 植入体截面形貌及成分浅析81-83

    5.6.1 植入4周后的截面形貌及成分浅析81-82

    5.6.2 植入12周后的截面形貌及成分浅析82-83

    5.7 浅析及讨论83-85

    5.8 小结85-86

    6 结论86-87

    致谢87-88

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