AZ91D镁合金表面羟基磷灰石涂层的制备及耐蚀性研究

发布时间：2016-12-08 07:50

  本文关键词：AZ91D镁合金表面羟基磷灰石涂层的制备及耐蚀性研究，由笔耕文化传播整理发布。

《大连海事大学》 2015年

AZ91D镁合金表面羟基磷灰石涂层的制备及耐蚀性研究

贾理男  

【摘要】：镁合金具有与人体相近的弹性模量,良好的生物活性和可降解性及骨诱导能力,作为植入性生体材料受到广泛的关注。但是,镁合金在人体生理环境中的腐蚀速率过快,耐蚀性能较差,限制了其应用范围。本文以AZ91D镁合金为研究对象,为改善镁合金腐蚀速率过快的问题,利用羟基磷灰石具有良好的骨诱导性能,分别采用液相沉淀/电泳沉积法、交流脉冲电化学沉积／水热合成法、微弧氧化／溶胶凝胶法在AZ91D镁合金表面制备具有良好生物相容性和耐蚀性能的羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HA)涂层,同时考察了涂层的微观形貌、成分、结构、电化学性能和诱导羟基磷灰石的能力。采用液相沉淀/电泳沉积法在AZ91D镁合金表面制备HA涂层,发现电泳沉积电压为40 V时涂层表面HA晶体分布致密均匀,裂纹数目较少,裂纹网格区面积较大,Ca/P摩尔比为1.583,结合强度为18.28 MPa。电化学阻抗测试结果,该涂层在Hank's溶液中呈单容抗弧,表现出一个时间常数特征,具有较大的低频阻抗模值和负相位角,腐蚀介质没有渗入至基体与HA涂层界面之间,抑制了涂层在溶液中的活性溶解。Hank's溶液中浸泡7d后涂层表面诱导出均匀致密以HA为主、Ca/P摩尔比为1.245的针状晶体组成的生物膜层。由于电泳沉积技术所制备的涂层与基体之间为机械结合,没有形成过渡相,结合强度较低。为改善涂层与基体之间的结合强度,采用交流脉冲电沉积/水热合成技术法制备AZ91D镁合金基HA涂层,确定最佳交流脉冲电压为110 V,向电解液中添加NaNO3和H2O2所制备的涂层表面由絮状和片状HA覆盖,晶粒尺寸减小至小于100 nm, HA晶体择优取向的晶面多样化,Ca/P摩尔比达1.687,结合强度为21.03 MPa。与无电解液添加剂所制备涂层相比,该涂层腐蚀电流密度降低两个数量级,极化电阻增大至4.900×106Ω,腐蚀速率降低至1.700×10-5 mm·a-1。在Hank's溶液中可诱导出以HA为主、Ca/P摩尔比为1.326的片状和颗粒状沉积物组成的生物膜层。基于上述研究基础,采用交流脉冲电沉积／水热合成技术法制备了HA/壳聚糖／三氯化钌复合生物涂层。发现向电解液中添加RuCl3浓度由2.1mmol·L-1增至8.4 mmol·L-1后,HA/壳聚糖/三氯化钌复合生物涂层表面形成长约180nm、宽约50 nm的针状HA晶体,分布均匀且致密,Ca/P摩尔比为1.678,Ru元素吸收率由29.21%升至51.62%,结合强度由27.32 MPa增大至28.22 MPa。在Hank's溶液中具有较正的腐蚀电位,较低的腐蚀电流密度,较大的阻抗模值和负相位角和良好的诱导HA能力。电化学沉积过程中,AZ91D镁合金基体与水发生反应生成钝化膜,该钝化膜作为过渡相并没有达到预期的效果,耐蚀性能相对减弱,因此采用微弧氧化/溶胶-凝胶法制备HA涂层,进一步提高涂层与基体的结合强度。发现微弧氧化电流密度为0.5A·cm-2时所制备的HA涂层表面晶粒分布均匀,结晶度良好,Ca/P摩尔比为1.711。结合力高达41.24 MPa。与基体相比,该涂层的开路电位增至-0.454 V,腐蚀电流密度降低了三个数量级,低频区阻抗模值达398.107 kΩ·cm2,负相位角增至85°,抑制了涂层的活性溶解。Hank's溶液中浸泡7d后诱导出以HA为主、Ca/P摩尔比为1.679的生物膜层。上述研究为开发镁合金基HA生物涂层提供了理论依据。

【关键词】：
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

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1 杨建明,朱荻,雷卫宁;电沉积法制备纳米晶材料的研究进展[J];材料保护;2003年04期

2 肖秀峰;唐晓恋;高燕娇;徐艺展;刘榕芳;;工艺条件对电沉积磷酸钙盐组分和结构的影响[J];材料保护;2005年12期

3 鲍益富;翁杰;冯波;段可;;燃气流量对超音速氧焰喷涂羟基磷灰石颗粒的影响[J];材料保护;2009年12期

4 刘羽,钟康年,胡文云;溶胶-凝胶法合成条件与羟基磷灰石特征的关系[J];材料科学与工程;1997年01期

5 熊信柏,李贺军,黄剑锋,李镇江,付业伟;医用碳材料对骨组织的响应及其生物活化改性[J];稀有金属材料与工程;2005年04期

6 杨海钢,朱雪梅,雷明凯;腐蚀电化学方法评价硬质涂层孔隙率[J];腐蚀科学与防护技术;2005年06期

7 张小锋;于国强;姜林文;;氧化铝陶瓷的应用[J];佛山陶瓷;2010年02期

8 盛敏;赵康;井晓天;;含氟羟基磷灰石生物陶瓷的制备及其研究[J];硅酸盐通报;2006年04期

9 贾理男;梁成浩;黄乃宝;段峰;;镁基羟基磷灰石/微弧氧化层制备的研究进展[J];表面技术;2013年01期

10 王昕,尹衍升,李镇江,杨静漪,周玉;溶胶-悬浮液混合制备ZrO_(2(n))-Al_2O_3纳米复合陶瓷[J];化工学报;1999年03期

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1 王峰;模拟体液法合成HA纳米晶须的工艺、相关机理及性能研究[D];山东大学;2005年

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1 曾承辉;钌(II)多吡啶配合物的合成及其生物活性研究[D];广东药学院;2010年

2 丁洪峰;钙磷复合离子注入制备钛表面羟基磷灰石活性层的研究[D];天津大学;2007年

3 刘瑶;镁/碳离子注入医用纯钛表面改性的研究[D];天津大学;2007年

4 蒙晓涓;钛合金微弧氧化生物陶瓷层的制备研究[D];北京交通大学;2009年

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1 徐培;陆钰;吴海珍;赵玫;汪学华;王鑫;储岚岚;;纳米羟基磷灰石/壳聚糖支架材料复合大鼠成骨细胞培养的实验研究[J];安徽医药;2011年07期

2 杨建明,朱荻,曲宁松;电铸纳米晶镍锰合金的性能研究[J];兵器材料科学与工程;2004年06期

3 杨峰;田文怀;王宝生;;电铸镍药型罩经退火处理后组织与性能的变化[J];兵器材料科学与工程;2005年06期

4 高辉;张光磊;任书霞;;HA生物陶瓷的研究现状及其在医学工程中的应用[J];北京生物医学工程;2007年06期

5 吴玉程,舒霞,解挺,李广海,张立德;Ni-W,Ni-Fe合金纳米晶涂层电沉积与性能研究[J];中国表面工程;2005年03期

6 屠振密;朱永明;李宁;胡会利;于元春;;钛及钛合金表面金属电沉积的预处理问题[J];中国表面工程;2010年01期

7 杨建明,朱荻,曲宁松;脉冲电沉积超细晶粒Ni-Mn合金的显微硬度[J];表面技术;2004年06期

8 王立平,高燕,薛群基,刘惠文,徐洮;晶粒尺寸对纳米晶钴摩擦磨损性能的影响[J];表面技术;2005年01期

9 屠振密;胡会利;李宁;曹立新;安茂忠;;电沉积纳米晶合金的最新进展[J];表面技术;2008年01期

10 吴化;韩双;吴一;;电沉积方法制备纳米晶Ni-W合金工艺研究[J];表面技术;2009年02期

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1 吴玉程;;功能涂层技术研究与应用进展[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年

2 屠振密;胡会利;李宁;曹立新;安茂忠;;电沉积纳米晶合金的最新进展[A];2007（第13届）全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年

3 王昕;单妍;于薛刚;徐静;尹衍升;;微-纳米复合陶瓷中“内晶型”结构的形成过程与机理[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

4 张小锋;刘维良;佘小曼;;中铝质闭孔泡沫陶瓷砖的制备和性能研究[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2010年学术年会论文集（二）[C];2010年

5 罗勇;葛世荣;刘洪涛;;钛金属陶瓷的摩擦学性能研究[A];2009年全国青年摩擦学学术会议论文集[C];2009年

6 王立平;高燕;薛群基;徐洮;;晶粒尺寸对电沉积纳米晶Ni镀层的电化学腐蚀行为影响[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

7 王玮琳;田宗军;黄因慧;刘志东;何静波;;激光重熔金属涂层的研究现状与发展[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年

8 夏法锋;吴蒙华;贾振元;李智;;超声波对纳米Ni-TiN复合镀层的影响[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年

9 侯峰岩;胡会利;屠振密;;三价铬复合镀铬的研究现状及发展[A];第二届环渤海表面精饰发展论坛论文集[C];2012年

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1 杨春;羟基磷灰石（HAP）材料制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 许东芳;含杂环配体的稀土有机配合物的合成、表征及相关生物活性的研究[D];上海师范大学;2011年

3 戴程隆;用于局部快速止血和骨修复的可降解介孔硅基干凝胶设计制备与性能研究[D];华东理工大学;2011年

4 张保平;医用Mg-Zn-Ca合金的制备及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 王月勤;低模量多孔Ti-Mg系生物复合材料的制备与性能研究[D];南京航空航天大学;2010年

6 刘红兵;等离子复合渗技术制备氧化物阻氚涂层及其性能研究[D];南京航空航天大学;2010年

7 许立巍;砷酸盐固溶体溶解度与稳定性研究[D];重庆大学;2011年

8 李伟;生物可降解稀土镁合金血管支架无缝管材的制备技术及性能研究[D];重庆大学;2011年

9 周艳军;掺杂改性二氧化钛薄膜的制备及其光学性能研究[D];天津大学;2010年

10 张春艳;镁合金表面生物陶瓷涂层制备及其降解行为的研究[D];重庆大学;2011年

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1 宁铮;TC4钛合金微弧氧化膜层的摩擦性能研究[D];南昌航空大学;2010年

2 谭鑫鑫;稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年

3 任振伟;高压扭转工艺对生物镁锌钙合金组织及性能的影响[D];郑州大学;2010年

4 王建兴;镍—钴/镍/镍—钴多层膜的制备及耐腐蚀性研究[D];湘潭大学;2010年

5 黄贤文;多吡啶过渡金属配合物与DNA作用研究[D];湘潭大学;2010年

6 施涛;钛合金微弧氧化耐磨陶瓷层制备与性能研究[D];北京交通大学;2011年

7 杨国建;醇水体系中钙盐的仿生合成[D];烟台大学;2010年

8 江源胜;锌离子掺杂及电解液浓度变化对电化学沉积钙磷盐涂层的影响[D];浙江大学;2011年

9 焦明洁;电化学方法在金属钛表面沉积掺镁/掺锶羟基磷灰石涂层[D];浙江大学;2011年

10 薛瑶瑶;钌（Ⅱ）杂（芳）环醛（酮）缩氨基硫脲配合物的合成、表征及其生物活性研究[D];西北大学;2011年

【二级参考文献】

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1 崔琳;离子注入结构陶瓷表面改性技术的研究现状[J];兵器材料科学与工程;1999年02期

2 李军伟 ,张平;N~+注入W18Cr4V钢磨损性能的研究[J];中国表面工程;2001年01期

3 杨建华,张通和;强束流钽、碳离子双注入H13钢的研究[J];中国表面工程;2004年02期

4 杨中元;气体流量对超音速火焰喷涂CoCrW涂层颗粒熔化程度的影响[J];中国表面工程;2005年03期

5 陈勇军,史庆南,左孝青,王茗,吴新光;金属表面改性——离子注入技术的发展与应用[J];表面技术;2003年06期

6 陈宏,郝建民,王利捷;镁合金微弧氧化处理电压对陶瓷层的影响[J];表面技术;2004年03期

7 赵晴;章志友;陈宁;;终止电压对MB8镁合金微弧氧化膜耐蚀性的影响[J];表面技术;2007年04期

8 王文焱;卢高;谢敬佩;王爱琴;;溶胶-凝胶法在钛表面制备钛/羟基磷灰石生物涂层[J];表面技术;2011年05期

9 吴瑜光,张通和;离子束医用生物聚合物材料改性研究[J];北京师范大学学报(自然科学版);2002年01期

10 易仲珍,张旭,张通和,李永良;C+Mo离子共注入H13钢中抗腐蚀性能的研究[J];北京师范大学学报(自然科学版);2002年01期

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1 周红芳 ;杨苹 ;冷永祥 ;赵安莎 ;徐禄祥 ;孙鸿 ;黄楠;;退火温度对P离子注入TiO_2薄膜材料物理与生物学性能的影响[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年

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1 李保强;壳聚糖/羟基磷灰石仿生骨材料的研究[D];浙江大学;2005年

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2 任萍萍;氧化铝基复合陶瓷的制备和性能测试[D];合肥工业大学;2004年

3 叶育德;TiAl合金微弧氧化陶瓷高温氧化行为研究[D];长安大学;2004年

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3 张道军;邵红红;蒋小燕;;前处理工艺对AZ91D镁合金直接化学镀的影响[J];腐蚀与防护;2008年07期

4 夏兰廷;李晋英;王荣峰;;AZ91D镁合金在临汾工业大气中的腐蚀行为[J];中国铸造装备与技术;2009年03期

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1 周添红;王立平;雷自强;;AZ91D镁合金在乙二醇冷却系统中的腐蚀行为研究[A];第七届全国表面工程学术会议暨第二届表面工程青年学术论坛论文集（一）[C];2008年

2 张涛;李瑛;王福会;;β相对AZ91D镁合金腐蚀行为的影响[A];2004年腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文集[C];2004年

3 张丽君;张昭;张鉴清;;AZ91D镁合金腐蚀过程的电化学分形研究[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年

4 孙凯;杨森;刘凤霞;;激光参数对AZ91D镁合金表面合金化改性层性能的影响[A];第九届真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2009年

5 刘晓兰;张涛;邵亚薇;孟国哲;;载波钝化对纯镁及AZ91D镁合金的影响[A];2008年全国腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文摘要集[C];2008年

6 毛卫民;陈洪涛;甄子胜;;AZ91D镁合金的电磁搅拌组织[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年

7 毛卫民;陈洪涛;甄子胜;;AZ91D镁合金的电磁搅拌组织[A];2004中国铸造活动周论文集[C];2004年

8 孙凯;杨森;刘凤霞;;激光参数对AZ91D镁合金表面合金化改性层性能的影响(英文)[A];真空技术与表面工程——第九届真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2009年

9 江运喜;谢水生;杨浩强;李雷;;搅拌工艺参数对半固态AZ91D镁合金流变特性的影响[A];第十届全国青年材料科学技术研讨会论文集（C辑）[C];2005年

10 王周成;唐毅;许杰;林昌健;;AZ91D镁合金微弧阳极氧化膜防腐蚀性能研究[A];2006年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议论文集[C];2006年

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2 王强;铸造AZ91D镁合金腐蚀动态力学性能评价及防护研究[D];吉林大学;2010年

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5 张杰;AZ91D镁合金基钙磷/壳聚糖骨植入材料制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

6 杨丽景;AZ91D镁合金显微组织对其在特定环境下腐蚀行为的影响[D];太原理工大学;2010年

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7 李春芳;稀土Ce改性AZ91D镁合金腐蚀剩余强度研究[D];吉林大学;2010年

8 李慧娟;AZ91D镁合金温变形性能研究[D];中北大学;2007年

9 程小敏;AZ91D镁合金表面热扩渗膜层的结构及性能研究[D];华东理工大学;2014年

10 冯崇敬;AZ91D镁合金稀土转化膜成膜工艺及膜层性能的研究[D];西华大学;2010年

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