AZ31B镁合金表面羟基磷灰石基涂层材料的制备及其性能研究

发布时间：2021-06-01 03:05

　　和传统的可植入医用金属材料相比,镁合金凭借着与骨骼匹配度更高的弹性模量、无毒、可降解以及能够避免二次手术等独特的优势,获得了越来越多学者们的关注。但是其优点也是其缺点,由于其降解速率过快,无法迎合骨组织恢复的时间,容易导致植入体应用的失效,因此,控制可生物降解镁合金在体内的腐蚀速率成为临床应用中的主要挑战。而对镁合金进行表面改性的主要方法便是在其表面涂覆生物陶瓷涂层,其中,羟基磷灰石作为生物陶瓷涂层,具有良好的生物活性,耐降解性,能够和骨组织间形成化学键合,促进骨组织的修复和再生长,因此成为应用较广泛的生物涂层材料。为了增强镁合金的耐降解性、生物活性,提高其与骨组织间的键合强度、与羟基磷灰石涂层间的结合强度,本研究分别采用两种不同的方法在AZ31B镁合金表面制备了氟掺杂的羟基磷灰石（FHAp）涂层。研究了制备工艺参数以及氟离子掺杂量对FHAp涂层形貌、相组成以及耐蚀性能的影响。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）等手段对涂层的形貌、微观组织、相组成等进行了表征测试与分析。同时,通过电化学阻... 

【文章来源】：青岛科技大学山东省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

生物医用金属材料在临床中的应用Fig.1-1Clinicalapplicationofbiomedicalmetalmaterials

目缮?锝到庑浴⑸?锘钚院凸怯盏夹远?艿焦惴汗刈ⅰ４踊?械和生物学的角度看，基于镁合金的骨科器械是完全有可能的，因为镁合金作为植入物的腐蚀已经被证明可以在生物体内是可以控制的，但是在将其应用于大规模临床试验之前，必须做出更多的努力来改进基于镁合金的骨科器械。如今，在临床医学上，镁合金已成功地应用于一些低承重部位用作骨折内固定装置[23,24]。在未来，开发具有适当降解速率的镁合金植入体仍是我们需要重点解决的问题，只有有效的解决这个问题，才能使镁合金植入体更广泛的、更大规模的应用于临床医学。图1-2用于关节固定的镁合金骨钉的降解过程Fig.1-2Corrosionprocessofmagnesiumalloybonenailsforjointfixation1.2.2生物医用镁合金的腐蚀通常在医学上骨组织完全愈合的周期大概在12-18个月，对于可植入骨组织的可降解的材料来说，要保证其降解的时间与骨组织愈合周期基本一致。基于镁

青岛科技大学研究生学位论文5且体外细胞实验结果表明含有HAp的微弧氧化涂层比不含HAp的微弧氧化涂层的细胞粘附涂层的作用更强，细胞诱导效果更好，能够促进成骨细胞的增殖分化。T.M.Mukhametkaliyev[39]等人在AZ91镁合金表面通过射频磁控溅射法制备出具有纳米结构的HAp。结果表明，纳米结构的HAp涂层可以控制降解速率并提高AZ91合金的生物相容性和生物矿化能力。通过RF磁控溅射制备的HAp涂层在体外细胞培养中在SBF中能够促进磷酸钙沉淀的产生。图1-3HAp的晶体结构Fig.1-3CrystalstructureofHAp1.4镁合金表面羟基磷灰石涂层的制备方法镁和其他的传统金属相比，有许多的特性，例如：镁的密度小，质量较轻，如果对其进行表面合金化，要尽量较少的掺入重金属，否则会导致合金化后的镁合金失去了密度小的优点。其次，镁的熔点较低，如果利用像钛合金表面改性常用的等离子喷涂技术和激光熔敷法[40]，在高温制备技术下或者高激光功率下就会导致镁合金的熔化（镁合金的熔点≈600℃），同时也有可能使得羟基磷灰石在这一过程发生挥发或者分解为其他的磷酸钙相，如α或β-磷酸钙、磷酸四钙以及氧化钙[41,42]。因此这两种传统的合金表面改性技术不适用于在镁合金表面制备羟基磷灰石。近些年来，在镁合金表面常用的表面改性方法有磁控溅射法、溶胶凝胶法、仿生矿化法、电化学沉积法、微弧氧化法以及水热处理等方法[43-45]。1.4.1磁控溅射法图1-4所示为磁控溅射过程的装置图，其原理是在高真空中，低气压下进行高速溅射，利用离子束轰击靶材，在靶阴极上外加磁场，利用电场和磁场的双重作用，约束电子的运动而后轰击氩气变为离子，之后在电场的作用下，撞向靶材，靶材表面的原子以及轰击后的官能团溅射出来，沉积在合金表面[46-48]。磁控溅射沉积技术近


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