鎂合金的彈性模量和屈服強度與天然骨最為接近，而且具備良好的生物性能，是最具潛力的生物材料。但是鎂合金的耐蝕性較差，特別是在有氯離子存在的情況下更易被溶解，植入人體后容易發(fā)生降解，導致使用性能下降，對骨組織的保護作用大大減小。羥基磷灰石（HAP）的穩(wěn)定性高、耐蝕性好，且是人體骨骼的主要無機成分，因而，以鎂合金為基材的羥基磷灰石涂層的研究受到很大重視。金屬基材表面制備羥基磷灰石膜層的技術(shù)有很多，比如電沉積、等離子噴涂、激光熔覆等，這些方法既有其各自的優(yōu)點又存在一定的不足之處。溶膠凝膠法操作過程方便、成本較低。本課題主要通過溶膠凝膠法，研究探討了AZ31鎂合金基材表面羥基磷灰石膜層的制備。 本文以氫氧化鈣和磷酸二氫鈣為前驅(qū)物，通過溶膠凝膠法在軋制態(tài)AZ31基材表面制備了羥基磷灰石涂層。通過X射線衍射儀（XRD）、紅外光譜儀（IR）、掃描電鏡（SEM）、電化學工作站以及接觸角測試儀等檢測設(shè)備對涂層的物相成分、表面截面形貌、耐蝕性及接觸角等做了分析檢測；接著又探討了表面機械研磨處理（SMAT）對AZ31基材表面粗糙度的影響，并在不同粗糙度的基體表面制備了羥基磷灰石涂層，分析了基體表面粗糙度變化對羥基磷灰石膜層性能的影響；最后通過添加甲基纖維素（MC）輔助制備了羥基磷灰石-甲基纖維素復合涂層。得到以下主要結(jié)論： （1）通過溶膠凝膠法在AZ31基體表面制備了純度較高的羥基磷灰石涂層，涂層厚度約為8μm。該羥基磷灰石涂層在一定程度上減小了AZ31基體的腐蝕速度，并且提高了基材的親水性。 （2）AZ31基體經(jīng)過不同直徑的鋼球SMAT處理后表面粗糙度不同。隨著鋼球直徑的增大，基體表面粗糙度逐漸減小。在經(jīng)過SMAT處理的AZ31基材表面制備HAP涂層后，發(fā)現(xiàn)基材表面粗糙度越大，涂層與其結(jié)合力越好，涂層表面的裂紋越少且其完整性相對越好�；w經(jīng)過SMAT處理后其耐蝕性顯著降低，表面粗糙度越大，基體的腐蝕速度越快；但在其表面制備HAP涂層后耐蝕性提高，且隨著基材表面粗糙度的增大，涂層的耐蝕性變得越好。 （3）添加甲基纖維素輔助，在AZ31基體表面通過溶膠凝膠法制備了不同層數(shù)的HAP-MC復合涂層。制備的復合涂層的純度較高、涂層表面更加均勻致密，隨著涂層層數(shù)的增加，涂層表面裂紋減少。HAP-MC復合涂層與基體的結(jié)合力相對較好，而且層數(shù)不同時其與基體的結(jié)合力呈現(xiàn)出不同的結(jié)果，涂層層數(shù)為1層時結(jié)合力最好。HAP-MC復合涂層降低了鎂合金基體在生理鹽水中的腐蝕降解速率，且隨著涂層層數(shù)的增加，其對基體的保護作用得到增強。在Hank’s模擬體液中的浸泡實驗表明，與HAP涂層相比，HAP-MC復合涂層能在較長時間內(nèi)更有效的保護鎂合金基體，更加有益于其植入人體后骨組織的生長。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TG174.4
【部分圖文】：

HAP的晶體結(jié)構(gòu)

如圖 2-1 所示為在 AZ31 基材表面制備 HAP 涂層的基本流程圖。按鈣磷比為 1.67分別配制 Ca(OH)2過飽和溶液和 Ca(H2PO4)2·H2O 溶液，先將 Ca(OH)2過飽和溶液放入70 ℃水浴中加熱，然后緩慢滴加 Ca(H2PO4)2·H2O 溶液強力攪拌 1 小時后，制得溶膠，靜置，再對溶膠進行去水處理使其成為凝膠。將經(jīng)過預處理的鎂合金樣品放入凝膠中浸泡 2 分鐘，以 0.1 mm/s 的速度提拉，接著在干燥箱中以 80 ℃干燥 15 分鐘，再放入 400 ℃的電阻爐中熱處理 30 分鐘，重復上述步驟 5 次，制得一定厚度的 HAP 涂層。

析氫腐蝕裝置圖

【參考文獻】

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本文編號：2826802