鎂合金表面45S5生物玻璃陶瓷涂層的制備及性能研究.pdf

1、鎂合金表面鎂合金表面45S5生物玻璃陶瓷涂層的制生物玻璃陶瓷涂層的制備及性能研究備及性能研究Preparationof45S5bioactiveglassceramiccoatingsonmagnesiumalloyitsproperties學科專業(yè)：材料工程研究生：竇瑛指導教師：蔡舒教授企業(yè)導師：孟佳宏高級工程師天津大學材料科學與工程學院二零一二年十二月摘要醫(yī)用鎂及鎂合金具有良好的力學相容性、生物相容性、生物降解性以及骨誘導能力，有望

2、成為新一代可降解骨植入材料。然而，鎂及鎂合金在含有Cl的環(huán)境中可發(fā)生快速降解，破壞材料的力學完整性，同時產生大量氫氣造成皮下氣腫，限制了臨床應用。因此，研發(fā)具有可控降解能力的鎂及鎂合金材料具有重要的意義，而表面涂層技術是目前提高鎂及鎂合金耐蝕性的一種有效手段。本文以溶膠凝膠浸漬提拉技術，在AZ31鎂合金基體表面制備45S5生物玻璃陶瓷涂層及45S5生物玻璃陶瓷羥基磷灰石（HA）復合涂層。通過SEM、XRD和FTIR研究了工藝參數(shù)對涂層表

3、面形貌的影響，優(yōu)化了制備工藝。并通過體外降解實驗和電化學測試研究了材料的耐腐蝕性能，探索了材料的腐蝕機理。最后通過細胞實驗考察了材料的生物相容性。實驗結果表明，當TEOSH2O的摩爾比為0.0070，熱處理溫度為500C，提拉次數(shù)為1~3次時，可獲得厚度為0.43~1.00μm且表面致密、均勻、無裂紋的45S5生物玻璃陶瓷涂層，該涂層由無定形相和少量的六方Na2Ca2Si3O9相組成。不同厚度的涂層均可提高鎂合金基體在浸泡初期的降解性能

4、，降低基體的腐蝕速度，但在浸泡過程中由于殘余應力釋放導致涂層開裂和剝落，引起提拉1~2次的試樣（B500和2B500）快速失效，提拉3次的試樣（3B500）內部應力最低，厚度最高，裂紋形成的過程較為緩慢，在7d的浸泡實驗中始終保持最低的基體失重、浸泡液pH值變化及腐蝕速度，涂層對基體的保護最為有效。同時，3B500試樣提高了基體的自腐蝕電位和抗腐蝕電阻，降低了腐蝕電流密度，提高了材料的耐蝕性能。細胞實驗證明3B500短期內不具有細胞毒性

5、，且具有比AZ31鎂合金基體更高的細胞相容性和生物相容性。通過制備45S5生物玻璃陶瓷羥基磷灰石復合涂層，調控涂層的晶相組成和降解速度，當45S5生物玻璃陶瓷溶膠和羥基磷灰石溶膠的體積比是1:10，熱處理溫度為500C，提拉次數(shù)為3次時，可以獲得均勻致密、無裂紋的復合涂層，復合涂層在浸泡初期可有效保護基體防止被腐蝕，但隨著浸泡時間延長，涂層開裂甚至剝落，導致涂層失效，對基體的長期保護作用略低于試樣3B500。電化學測試結果也證明，復合涂