醫(yī)用鎂合金表面耐腐蝕陶瓷復(fù)合涂層的制備研究.pdf

1、作為一種可降解醫(yī)用金屬材料，鎂合金具有許多優(yōu)于現(xiàn)有醫(yī)用金屬材料的性能。然而，鎂合金的耐蝕性較差，嚴(yán)重阻礙了其進(jìn)一步應(yīng)用。本文針對(duì)鎂合金耐腐蝕性差的問題，在Na2SiO3和Na3PO4雙電解液體系中，采用微弧氧化技術(shù)在AZ31B鎂合金表面原位生長(zhǎng)陶瓷層，考察了電解液中分別添加納米TiO2粉體、納米ZrO2粉體、鈦溶膠、鋯溶膠等四種不同添加劑對(duì)微弧氧化膜微觀形貌、元素分布、相組成以及耐蝕性的影響。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能譜儀(E

2、DS)、X射線衍射儀(XRD)等研究了膜層表面及截面顯微形貌、元素分布、相組成等微觀組織;利用PARSTAT2273綜合電化學(xué)工作站和點(diǎn)滴腐蝕實(shí)驗(yàn)研究膜層耐蝕性能。結(jié)果表明:
　　 納米TiO2、ZrO2粉體的加入，均使得微弧氧化膜層表面孔隙率和孔洞平均尺寸出現(xiàn)先增大后降低、最后再次增大的趨勢(shì)，電解液中添加7g/LTiO2和4g/LZrO2制備的微弧氧化膜具有最小的孔隙率和孔洞平均尺寸。微弧氧化膜主要由方鎂石型MgO和MgSiO

3、3組成，并分別含有少量金紅石型TiO2相和單斜型m-ZrO2相。陶瓷層厚度隨著納米粉體添加量的增大也呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。電解液中添加7g/LTiO2和4g/LZrO2制備的鎂合金微弧氧化試樣具有最正的腐蝕電位和最小的腐蝕電流，腐蝕電流與傳統(tǒng)微弧氧化試樣相比，降低了1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，點(diǎn)腐蝕時(shí)間達(dá)到最長(zhǎng)。
　　 鈦溶膠和鋯溶膠的加入使得微弧氧化膜表面孔隙率和孔洞平均尺寸降低，但添加6vol％鈦溶膠制備的微弧氧化膜存在反常的孔隙率和孔洞平均尺

4、寸。微弧氧化膜主要由MgO和MgSiO3組成，并分別含有少量金紅石型TiO2相和ZrO2相，其中ZrO2相包括單斜型m-ZrO2相和四方型t-ZrO2相。通過(guò)試樣截面顯微形貌圖和線掃描能譜分析，可知陶瓷層厚度隨著溶膠濃度的增大而逐漸增加。根據(jù)電化學(xué)測(cè)試和點(diǎn)滴腐蝕實(shí)驗(yàn)，電解液中添加3vol％鈦溶膠和2vol％鋯溶膠制備的鎂合金微弧氧化試樣具有最佳的耐蝕性能。
　　 循環(huán)模擬胃液(SGF)浸泡實(shí)驗(yàn)表明，五種試樣在SGF浸泡下具有不同

5、的腐蝕速率。傳統(tǒng)微弧氧化試樣和納米ZrO2改性微弧氧化試樣在浸泡5d后膜層出現(xiàn)蝕坑，傳統(tǒng)微弧氧化試樣具有較深的蝕坑;鈦溶膠改性微弧氧化試樣和鋯溶膠改性微弧氧化試樣在浸泡9d后膜層出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，鈦溶膠改性微弧氧化試樣表面出現(xiàn)凹坑，腐蝕降解速率較大;納米TiO2改性微弧氧化試樣在浸泡9d后表面并未出現(xiàn)膜層剝落現(xiàn)象，降解速率較小。
　　 結(jié)合電化學(xué)測(cè)試和點(diǎn)滴腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)試樣耐蝕性強(qiáng)弱順序依次為納米TiO2改性微弧氧化試樣、鋯