[發(fā)明專(zhuān)利]一種高強(qiáng)高塑鎂基非晶合金復(fù)合材料表面耐蝕微弧氧化膜層的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110592610.5
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113308723A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳雙雙;鄒家華;宋佩頔;侯龍;李維火;李昊頔
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C25D11/30
• 分類(lèi)號(hào): C25D11/30;A61L27/30;C25D11/02
• 代理公司: 合肥順超知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 徐文恭

本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)高塑鎂基非晶合金復(fù)合材料表面耐蝕微弧氧化膜層的制備方法，以制備的Mg?Zn?Ca?Fe?Si非晶合金復(fù)合材料為陽(yáng)極，不銹鋼電解槽為陰極，采用雙脈沖電源在含硅酸鹽的弱堿性電解液中對(duì)試樣進(jìn)行微弧氧化表面改性處理。本發(fā)明獲得的微弧氧化膜厚度均勻、與基體結(jié)合性好；測(cè)試結(jié)果顯示：經(jīng)過(guò)微弧氧化處理后，試樣在模擬體液中的耐蝕性明顯改善，其腐蝕電流密度較基體下降三個(gè)數(shù)量級(jí)；試樣的斷裂強(qiáng)度為相同體系晶態(tài)鎂合金材料的2～3倍，并且擁有良好的變形能力，塑性應(yīng)變量為7％～12％，與傳統(tǒng)變形鎂合金ZK60相當(dāng)。本發(fā)明克服傳統(tǒng)鎂合金強(qiáng)度不高、耐蝕性差，而新型鎂基非晶合金室溫脆性大等不足，適用于高性能生物可降解鎂合金的開(kāi)發(fā)和批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)用可降解鎂合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)高塑鎂基非晶合金復(fù)合材料表面耐蝕微弧氧化膜層的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，以鎂合金為主要代表的具有生物可降解特性的新一代醫(yī)用金屬材料的研究發(fā)展迅速，受到了人們的特別關(guān)注。與傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料相比，鎂合金具有諸多優(yōu)勢(shì)，包括良好的生物相容性和可降解性、與人骨接近的密度和彈性模量以及沒(méi)有炎癥反應(yīng)等。但是鎂合金在體內(nèi)降解速度過(guò)快，在組織還沒(méi)有愈合的時(shí)候，其已經(jīng)失去了固有的力學(xué)性能，不能對(duì)損傷組織形成很好的固定和保護(hù)；另外，由于降解速度過(guò)快，降解產(chǎn)物H₂會(huì)集聚在植入體/骨組織界面周?chē)纬蓺饽遥舆t傷口的愈合。因此，在提高鎂合金力學(xué)性能的同時(shí)，降低鎂合金在體液中的腐蝕降解速率成為其作為醫(yī)用植入體材料的關(guān)鍵。

目前，鎂合金耐腐蝕能力的改善通常采取兩條技術(shù)路線，即提高基體材料的耐腐蝕性能和進(jìn)行表面改性處理。提高基體材料耐蝕性能可以從三方面入手：1)制備高純鎂合金；2)合金化。雖然這兩種方法在一定程度上可以緩解鎂合金的腐蝕速率，但是對(duì)鎂合金的強(qiáng)度耐蝕性沒(méi)有突破性的提高。3)開(kāi)發(fā)塊體鎂基非晶合金材料。非晶合金由于其長(zhǎng)程無(wú)序的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其表現(xiàn)出一系列優(yōu)于晶態(tài)合金的優(yōu)點(diǎn)，如高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐腐蝕性能以及耐磨性能。另外，老人或者骨質(zhì)疏松病人的康復(fù)周期比較長(zhǎng)，作為植入體材料它們的高強(qiáng)度可以滿足長(zhǎng)期服役而不過(guò)早失效。鎂基非晶合金表現(xiàn)出的高強(qiáng)度、良好耐腐蝕性以及生物相容性使其具有美好的應(yīng)用前景，但是它們嚴(yán)重的室溫脆性對(duì)于臨床實(shí)際應(yīng)用的需要而言仍是一個(gè)棘手的問(wèn)題。

公開(kāi)號(hào)為CN104018100B的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)了一種生物醫(yī)用可降解鎂基塊體非晶合金及其制備方法，采用該方法制備的鎂基塊體非晶合金雖然強(qiáng)度高、生物相容性好，但是脆性很大，不利于其作為植入體材料在體內(nèi)服役。減少鎂合金腐蝕速率的另外一個(gè)技術(shù)路線是表面處理，在鎂合金基體表面生成保護(hù)涂層。已發(fā)展的鎂合金表面改性的方法有化學(xué)轉(zhuǎn)膜、堿熱處理、離子注入和微弧氧化等。其中，微弧氧化技術(shù)可以在生物醫(yī)用合金基體上制備出結(jié)合力強(qiáng)、耐蝕性好、生物相容性和生物活性優(yōu)良的涂層。目前，已有報(bào)道利用微弧氧化工藝對(duì)生物可降解鎂合金進(jìn)行表面改性，但是這類(lèi)研究基本上還是集中在傳統(tǒng)晶態(tài)合金材料上。

公開(kāi)號(hào)為CN105862107B的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)了在鎂合金微弧氧化涂層上制備復(fù)合生物涂層的方法，采用該方法處理后的試樣較基體AZ91D鎂合金的耐蝕性明顯改善，但是抗拉強(qiáng)度偏低(～300MPa)，同樣不利于在體內(nèi)長(zhǎng)期服役。

綜上所述，傳統(tǒng)生物可降解鎂合金強(qiáng)度不高、耐蝕性差，而新型鎂基非晶合金雖然強(qiáng)度高、耐蝕性好，但是室溫脆性大，故本發(fā)明提出利用微弧氧化工藝在高強(qiáng)高塑鎂基非晶合金復(fù)合材料表面制得耐蝕膜層，從而將復(fù)合材料優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和膜層良好的耐蝕性結(jié)合在一起，延長(zhǎng)其在人體內(nèi)的服役時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)鎂合金強(qiáng)度不高、耐蝕性差，而新型鎂基非晶合金室溫脆性大等不足，故提出利用微弧氧化工藝在高強(qiáng)高塑鎂基非晶合金復(fù)合材料表面制備出耐蝕膜層，從而將復(fù)合材料優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和膜層良好的耐蝕性結(jié)合在一起。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：