MAO镁合金在不同环境中的耐腐蚀性研究及镁合金上MAO涂层的表面修复

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目的:镁合金是一种具有前景的医用金属材料,但过快的降解速率严重制约了其在临床上的应用。微弧氧化(MAO)是一种经济环保且操作方便的表面改性技术,可用于提高镁合金的耐腐蚀性。作为一种复合生物材料,有必要详细研究MAO镁合金在生理环境下的腐蚀行为。但是,目前绝大部分研究者都将注意力集中于研究MAO镁合金在静态环境下的腐蚀行为,而忽略了生理环境实际上是动态变化的。因此,本文第一部分主要研究了MAO镁合金在不同条件下的降解行为。尽管MAO处理能够在腐蚀的早期阶段有效延缓镁合金的降解速率,但MAO涂层上大量的表面缺陷会随着腐蚀时间的增加而扩大加深并最终成为腐蚀性介质渗透到镁基材的通道,从而无法为镁合金提供长时间的有效保护。因此,本文第二部分尝试通过在MAO涂层上制备海藻酸钠(SA)水凝胶涂层来修复其表面缺陷,以提高MAO涂层对镁合金基材的长期防腐性能。研究方法:文章第一部分将WE43和MAO-WE43镁合金分别置于模拟体液(SBF)中静态浸泡168 h,通过p H值变化和失重率比较它们的腐蚀速率,并通过X射线衍射仪(XRD)、数码相机和扫描电子显微镜(SEM)等对腐蚀产物的化学组分及样品的表面腐蚀形貌进行观察并分析。其次,将WE43和MAO-WE43镁合金分别置于SBF中动态浸泡7天,通过失重率比较它们的降解速率,并通过数码相机和激光共聚焦显微镜比较了MAO-WE43镁合金在动态和静态环境中的腐蚀程度。最后,将MAO-WE43镁合金与小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1共培养1天、3天和5天,通过计算细胞活性来表征MAO-WE43镁合金的生物相容性。文章第二部分通过浸涂法在MAO-AZ31镁合金表面制备了SA水凝胶涂层,并通过改变浸涂次数来获得具有不同厚度的SA水凝胶涂层。使用探针式轮廓仪、SEM及接触角测试仪等对复合涂层镁合金的表面形貌及亲水性进行分析,然后采用浸泡实验对复合涂层的防腐性能进行分析。结果:第一部分研究:在静态环境中MAO-WE43镁合金的腐蚀速率及腐蚀程度都比WE43的小,MAO-WE43镁合金在SBF中的降解产物包括Mg(OH)2和Ca-P化合物。在动态环境中,MAO-WE43镁合金的腐蚀速率比WE43小,但其腐蚀程度比静态中MAO-WE43的严重。此外,MAO-WE43和WE43的细胞活性都在70%以上且前者更大。第二部分研究:随着浸涂次数增加,SA水凝胶涂层厚度增加且表面变得更加光滑。SA水凝胶涂层的亲水性比MAO涂层好,其亲水性随着涂层厚度增加而提高。此外,浸泡实验表明MAO/SA复合涂层镁合金的腐蚀速率比MAO涂层镁合金的低,且在SA水溶液中浸涂三次的复合涂层镁合金具有最强的耐腐蚀性。结论:第一部分研究:在静态环境下MAO涂层能够显著提高镁合金基材的耐腐蚀性,动态环境下MAO涂层虽然也能为镁合金基材提供一定的保护,但这种保护作用要比静态环境下的弱许多。MAO处理后的镁合金仍具有较好的生物相容性。第二部分研究:SA水凝胶涂层能够有效地修复MAO涂层的表面缺陷,并且浸涂次数的增加使SA水凝胶涂层变厚,从而显著提高MAO涂层对镁合金的腐蚀防护。
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