[發明專利]一種提高鎂基生物醫用材料耐蝕性的方法

有效

• 申請號: 201310424269.8
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103469269A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 魏強;李小月;張善勇;馬劍雄
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C25D5/50
• 分類號: C25D5/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及鎂基生物醫用金屬材料腐蝕防護領域，特別是一種利用電鍍后擴散退火的方法在材料表層獲得梯度擴散滲層的方法。

背景技術

擴散涂層的制備是通過將材料加熱到適當的溫度，使一種或多種金屬元素擴散滲入表層而形成表面冶金層，它需要通過界面上的物理化學反應和由表及里的冶金擴散來完成。這種方法中涂層與基體呈現冶金結合，因此結合力極佳。這種方法在工程應用尤其是鋼鐵工件表面防腐方法中采用的較多。

鎂合金表面電鍍比較困難，因為鎂合金的電極電位很低，電化學活性很高，難于直接進行電鍍。直接電鍍時，金屬鎂會與鍍液中的陽離子發生置換反應，造成鍍層疏松、多孔、結合力差，且會影響鍍層的穩定性，縮短使用壽命。目前鎂合金電鍍方面的研究也主要集中于前處理方法，并在鍍液中加入緩蝕劑，緩蝕劑與鎂合金作用在表面生成不溶解的保護膜，膜層將鎂的活性表面與電解液隔離開，阻止或緩解了電化學腐蝕或者化學腐蝕。鎂合金電鍍一般采用化學轉化鍍金屬。電鍍的工藝流程為：表面處理→活化→浸鋅→退鍍→二次浸鋅→電鍍。由此可見，鎂及合金電鍍前處理工藝復雜，因此利用電鍍擴散形成擴散涂層的工藝在鎂及合金的腐蝕防護中應用比較少。

鎂或鎂合金除了具有良好的比強度、比剛度和較好的加工性能外，其密度與骨組織相近，比較適合于硬組織修復，其彈性模量只是普通不銹鋼的1/3，與人骨較接近，用鎂作為硬骨組織植入材料，可以降低應力遮擋作用，避免骨質疏松。另外，金屬鎂是沒有磁性的，可進行核磁共振成像造影，這為其在生物領域的廣泛應用奠定了基礎。然而，作為可降解的骨植入材料鎂的降解速率過快，有文獻報道，ZX50鎂合金在植入SD大鼠股骨1周之后就發生了明顯的腐蝕，4周之后就幾乎消失了。而人體骨的修復過程需要植入材料至少要在3個月之內保證材料的整體性。因此，需要降低鎂的腐蝕傾向性以延緩腐蝕開始的時間。

近來，很多研究人員對鎂或鎂合金進行了表面合金化處理以提高其耐蝕性，其中擴散涂層制備主要采用粉末擴散法。這是由于鎂或鎂合金的化學活性較高，電鍍工藝在鎂合金耐蝕性提高中的應用比鋼鐵少得多。Fencheng?Liu等采用真空粉末包埋方法在純鎂表面滲入了元素鋁，純鎂的耐蝕性因表層的富鋁層以及大量的β-Mg₁₇Al₁₂而顯著提高（參見：Liu，F.，et?al.，Improvement?of?corrosion?resistance?of?pure?magnesium?via?vacuum?pack?treatment.Journal?of?Alloys?and?Compounds，2008.461(1-2):p.399-403）。J.Hirmke等人，用鋁粉及鋅粉為擴散源，采用粉末包埋的方法在AZ91E鎂合金表層獲得了含有不同相的合金層，從而提高了AZ91E合金的耐蝕性（參見：Hirmke，J.，M.X.Zhang，and?D.H.StJohn，Surface?alloying?of?AZ91E?alloy?by?Al–Zn?packed?powder?diffusion?coating.Surface?and?Coatings?Technology，2011.206(2-3):p.425-433）。

然而，與粉末擴滲法比較，電鍍擴滲法的優點更突出：粉末擴滲法中粉末與基體接觸不充分導致擴滲層不均勻，而電鍍擴滲法中只要電鍍層均勻就一定能夠獲得均勻的擴滲層；電鍍擴滲法中，元素與基體結合較好，不易剝落；電鍍擴滲法工作場所無粉末飛揚，對人體的危害大大降低。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供一種提高鎂基生物醫用材料耐蝕性的方法，本發明是在現有鎂或鎂合金電鍍工藝的基礎上，通過采用電鍍擴散滲的工藝合理設計，獲得了合金擴散層，從而可以有效地提高其耐蝕性。本發明工藝簡單、方便實用且無污染，可用于表面活性較高的純鎂及其合金等金屬材料腐蝕防護。同時，由于本發明中電鍍擴散滲采用具有較好生物相容性的鋅材料，因此，非常適合用于生物材料。

為了解決上述技術問題，本發明一種提高鎂基生物醫用材料耐蝕性的方法，包括以下步驟：

步驟一、將鎂或鎂合金打磨拋光至表面粗糙度Ra不大于1μm，并清洗、干燥；

步驟二、采用焦磷酸鹽鍍鋅工藝在其表面電鍍鋅層，電鍍鋅層的厚度為10-100μm；將電鍍后的材料在惰性保護氣氛中進行一次擴散退火，所述一次擴散退火的工藝條件是：處理溫度為300℃-420℃，保溫時間為120min-480min；