Mg-4.0Zn-0.4Sr合金阳极氧化和磷化涂层的制备及其降解性能和生物相容性的研究

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随着生物医用材料的发展,越来越多的材料被开发用于医疗器械,而镁是人体必需的微量元素,且由于其密度与人体骨组织密度相近,优良的力学性能,自降解性,生物相容性受到研究人员的关注。但是镁合金过快的腐蚀速率缺点,阻碍了镁合金的发展,为提高镁合金材料的耐腐蚀性引发广泛研究。本篇文章在自行设计合金成分Mg-4.0Zn-0.4Sr为基底的基础上,在其表面制备阳极氧化涂层,研究电解液、加载电压、时间对阳极氧化涂层的耐腐蚀性的影响,及涂敷磷化涂层对镁合金基底耐腐蚀性能的影响,并且通过体外降解和测试细胞增殖率和细胞毒性验证材料耐腐蚀性和生物相容性,得到以下结论:1.Mg-4.0Zn-0.4Sr合金的弹性模量为39.4 MPa;屈服强度为 85.98 MPa;抗拉强度为132.35 MPa,合金的力学性能在骨骼力学性能范围之内,当作为骨骼材料使用时,会产生较少的应力遮蔽效应。2.通过电化学工作站测试耐腐蚀性能得到:在相同镀膜时间的情况下膜层的腐蚀电位随着电压的升高而增加,在85 V达到最正-1.440 V,腐蚀电流密度最小8.4732×10-7 A/cm2,同时确定电解液中添加葡萄糖可以使膜层更加致密,孔隙较少,相对于未添加葡萄糖的腐蚀电位正移到-1.2041 V;在相同加载电压下镀膜60 min的金属的腐蚀电位最正-1.2041 V腐蚀电流密度5.59258×10-8 A/cm2,高于未涂层金属的未涂层试样的腐蚀电位-1.57 V,相对于未涂层合金腐蚀电位正移370 mV,腐蚀电流密度降低了两个数量级,由此得到阳极氧化涂层的最优制备工艺为85 V、60 min。同时添加葡萄糖可以优化涂层的耐腐蚀性能。3.磷化样品性能检测:磷化涂层表面为少量HA和CaHPO4 H2O,呈柱状排列在试样表面,分布均匀。电化学测试显示磷化涂层式样的腐蚀电位为-1.306 V腐蚀电流密度3.12×10-7 A/cm2,未涂层试样的腐蚀电位为-1.57 V腐蚀电流密度1.11×10-6A/cm2,涂层使腐蚀电位正移270 mv,电流密度降低了一个数量级,表明磷化涂层可以有效强化镁合金耐腐蚀性。4.通过测试细胞增殖率和细胞生长状态得出结论:相对于对照组,细胞增殖率依次为阳极氧化涂层>磷化涂层>未涂层镁合金。细胞毒性测试,未涂层试样、阳极氧化涂层试样、磷化涂层试样的细胞毒性均小于5%的国际药典阳性标准,为阳极氧化涂层(2%)<磷化涂层(3%)<未涂层镁合金(3.3%)<5%。三种试样都表现良好的生物相容性。
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