氟处理的镁合金表面羟基磷灰石涂层制备及降解性能研究

发布时间：2017-08-30 12:06

  本文关键词：氟处理的镁合金表面羟基磷灰石涂层制备及降解性能研究

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【摘要】：为提高生物医用镁合金的耐蚀性,增加其表面活性,本文以AZ31B镁合金为基体,经氟化处理后,分别懫用电化学沉积法和水热沉积法在其表面制备羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)涂层。采用XRD、FTIR、SEM和EDS等手段研究了涂层的物相、形貌和化学组成;通过电化学测试和浸泡试验考察了不同涂层在Hank’s仿生溶液中的降解性能。以Ca(NO_3)_2、NH_4H_2PO_4、NaNO_3及H_2O_2为电解液,电流密度为1 mA/cm~2,电化学沉积时间为2h,在氟处理的镁合金表面制备了HA涂层。氟化处理后镁合金表形成MgF_2转化膜,经饱和的Ca(OH)2溶液浸泡后表面生成由纳米针状晶体构成的微纳米孔隙膜层,增大了磷酸根离子和钙离子的吸附面积,为磷酸钙的形核提供了更均匀的形核位置,获得均匀的Ca-P涂层。Ca-P涂层由长约70μm、宽约30μm的片状透钙磷石(DCPD,CaHPO_4·2H_2O_)晶体组成,碱热处理后DCPD转变成HA。电化学沉积法制备的Ca-P/MgF_2复合涂层提高了镁合金的自腐蚀电位,降低了腐蚀电流密度。但电化学沉积后的氟处理镁合金试样的耐蚀性较电化学沉积前有所降低。浸泡5d的DCPD晶片发生溶解,12d后涂层表面检测到含Cl-的点蚀区,而HA涂层浸泡12d后未现明显腐蚀,晶体未发生明显溶解,表明在Hank’s溶液中HA较DCPD更加稳定,具有更好的耐蚀性。然而HA涂层浸泡12d的交流阻抗出现感抗弧,表明试样进入孔蚀诱发阶段。采用水热沉积法以EDTA-2NaCa(C_(10)H_(12)N_2O_8Na_2Ca)和KH_2PO_4为前驱物,在氟处理的镁合金表面获得了纯度高、结晶性好的HA涂层。实验结果表明,在氟处理的镁合金表面,膜层的水热沉积表现为成核速度快、晶核点无差别分布、晶核生长快等特点。溶液pH值影响晶体的形貌,pH值为6时,结晶呈薄片状,pH值为9时,结晶呈针状;相较于0.05 M、0.15 M浓度的水热沉积液,0.25 M的沉积液有利于试样表面形核和晶体生长。在溶液浓度为0.25M,pH值为9、沉积为4 h的优选参数下所制备的水热涂层试样,自腐蚀电位和破钝电位升高,腐蚀电流密度降低,表明涂层在Hank’s溶液内有效抑制了腐蚀的发生,提高了镁合金的耐蚀性能。经Hank’s溶液浸泡,表面膜层未有起泡和剥落现象。浸泡过程中,时间-电位曲线持续上升,且Nyquist图显示浸泡前3d容抗弧半径增大,表明涂层浸泡初期吸附了溶液中的离子形成钝化。随浸泡时间延长,试样表面在第5d出现微小点蚀,随后点蚀处腐蚀扩大加深,在第12d形成腐蚀坑。
【关键词】：镁合金 氟处理 电化学沉积 水热沉积 HA涂层 降解性能
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 引言10-12
• 1.1.1 生物材料概述10
• 1.1.2 生物医用材料分类及医用金属材料10-12
• 1.2 镁合金作为医用植入可降解材料的特点12-13
• 1.3 医用镁合金的体内腐蚀13-15
• 1.3.1 医用镁合金腐蚀的机理及影响因素13-15
• 1.3.2 医用镁合金腐蚀的类型15
• 1.4 医用镁合金表面改性研究15-21
• 1.4.1 医用镁合金腐蚀防护策略15-16
• 1.4.2 金属镀层16-17
• 1.4.3 可降解高分子聚合物17
• 1.4.4 阳极氧化膜17
• 1.4.5 氟转化膜17-18
• 1.4.6 羟基磷灰石涂层18-21
• 1.5 论文选题的目的及主要研究内容21-24
• 2 实验材料、仪器及其测试方法24-30
• 2.1 材料及试剂24-25
• 2.1.1 实验材料24
• 2.1.2 实验试剂及规格24-25
• 2.1.3 实验仪器25
• 2.2 测试方法25-30
• 2.2.1 X射线衍射仪分析25-26
• 2.2.2 扫描电子显微镜分析26
• 2.2.3 红外吸收光谱分析26
• 2.2.4 电化学测试26-30
• 3 电化学沉积法制备羟基磷灰石涂层研究30-60
• 3.1 引言30
• 3.2 涂层的制备30-34
• 3.2.1 镁合金预处理30-32
• 3.2.2 电化学沉积法制备羟基磷灰石涂层32-34
• 3.3 涂层表征分析34-42
• 3.3.1 涂层的宏观形貌34-35
• 3.3.2 涂层的微观形貌及成分分析35-39
• 3.3.3 涂层的XRD物相分析39-41
• 3.3.4 涂层的FTIR分析41-42
• 3.4 电化学测试分析42-47
• 3.4.1 开路电位分析42-43
• 3.4.2 极化曲线分析43-44
• 3.4.3 交流阻抗谱解析44-47
• 3.5 浸泡试验47-57
• 3.5.1 AZ31B镁合金试样浸泡试验48-49
• 3.5.2 电化学沉积试样浸泡试验49-53
• 3.5.3 碱热沉积试样浸泡试验53-57
• 3.5.4 浸泡试样的质量分析57
• 3.6 小结57-60
• 4 水热沉积法制备羟基磷灰石涂层研究60-80
• 4.1 引言60
• 4.2 实验方法60
• 4.3 水热沉积的影响因素60-71
• 4.3.1 溶液浓度对水热沉积涂层的影响61-63
• 4.3.2 水热反应体系中pH值对沉积涂层的影响63-65
• 4.3.3 水热反应时间对水热沉积涂层的影响65-71
• 4.4 电化学测试分析71-75
• 4.4.1 开路电位分析72
• 4.4.2 电化学测试分析72-73
• 4.4.3 交流阻抗谱分析73-75
• 4.5 浸泡腐蚀试验75-79
• 4.5.1 浸泡后涂层形貌分析75
• 4.5.2 交流阻抗谱分析75-78
• 4.5.3 浸泡试样的质量分析78-79
• 4.6 小结79-80
• 5 结论80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-88
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果88

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9 吴U，

本文编号：759187