镁合金表面模板辅助水热法制备钙磷涂层及其性能研究

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镁合金具有良好的生物可降解性、生物相容性以及与人体骨相近的力学性能,在生物医用植入材料领域备受关注。然而镁合金在含有氯离子的人体环境中容易发生快速的腐蚀降解反应导致材料失效。表面改性是解决此问题的最有效途径之一。在镁合金表面制备涂层,可以有效控制镁合金的降解速率,同时还能改善镁合金材料整体的生物活性和抗菌性等。本文以柠檬酸钠为模板,采用辅助水热法在AZ31镁合金表面制备出结构均匀、致密的钙磷涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试和模拟体液(SBF)浸泡实验等研究了柠檬酸钠加入量对钙磷涂层物相组成、微观形貌的调控作用以及对钙磷涂层包覆镁合金样品电化学性能和长期耐腐蚀性的影响。在此基础上研究了锌离子的掺杂对钙磷涂层组成、形貌和抗菌性、长期耐腐蚀性等性能的影响。实验结果表明,水热溶液p H值为5.5,水热温度和时间分别为140°C、3 h的条件下,当水热溶液中Ca/柠檬酸钠摩尔比为1时,可制备得到纳米针状镁掺杂HA(羟基磷灰石)涂层。随着柠檬酸钠含量的减少,涂层中HA含量减少,β-TCMP(镁掺杂的β-磷酸三钙)含量增加,当Ca/柠檬酸钠摩尔比为13时可制备得到片状β-TCMP涂层。所制得的钙磷涂层中,Ca/柠檬酸钠摩尔比为1时得到的HA涂层样品呈现出优异的电化学性能,电荷转移阻抗值达到了235.300±3.584 kΩ·cm~2。在此基础上进行锌离子掺杂,当Ca/Zn摩尔比为20时,锌离子的掺入几乎不会影响HA涂层的组成、形貌和电化学性能,同时提高了试样的抗菌性能,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌率分别为63.89%和52.54%。SBF浸泡实验表明,HA样品和锌掺杂HA样品都具有长期的耐腐蚀性,试样在浸泡56d后,仍然保持相对完整的宏观形貌,腐蚀速率稳定于0.55-0.60 mm/y,模拟体液的p H值保持在7.80以下,具有良好的长期耐腐蚀性能。
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