一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法技术

一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法，它涉及一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法。本发明专利技术是要解决现有生物医用镁或镁合金生物活性低及在人体体液中腐蚀速率快的问题。方法：基体材料预处理、基体材料的微弧氧化处理、微弧氧化镁的电沉积处理、材料表面覆盖钙磷涂层。本发明专利技术用于处理生物医用镁或镁合金表面。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法
本专利技术涉及一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法。
技术介绍
镁及其合金由于突出的内在特性在作为生物降解植入材料方面表现出了巨大的优势与潜力，已越来越多地引起国内外研究者的广泛关注。与其它人造植入材料(不锈钢、钛及钴基合金)相比镁除了在物理与力学性能(镁的密度及弹性模量与自然骨十分相近)方面具有特殊的优越性外，更重要的是人们期望利用镁在生理环境中的腐蚀溶解将其发展成为生物医用可降解植入材料与器件。镁在含有Cl-离子溶液中(包括体液与血浆)的快速腐蚀是其本质特征，镁的腐蚀总是伴随氢气的逸出和溶液的碱性。如果在人体中，氢气泡的逸出不仅会延缓手术区的愈合并引起组织坏死，还可能由于气泡阻碍血流，引起患者死亡。此外镁周围环境局部碱性的增加，不仅影响镁植入体附近pH依赖的生理反应平衡，甚至可能导致患者碱性中毒。镁及其合金过快的腐蚀速率是限制其在生物材料领域中得到广泛应用的关键问题。
技术实现思路
本专利技术要解决现有生物医用镁或镁合金生物活性低及在人体体液中腐蚀速率快的问题，而提供了一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法。本专利技术一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法是通过以下步骤进行的：一、镁或镁合金表面微弧氧化膜层的制备：将去掉氧化膜的镁或镁合金置于电解液作为阳极，以钛作为阴极，在电压为300V～450V的条件下进行微弧氧化2min～20min，然后将镁或镁合金取出后冲洗后干燥，得到表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金；其中，所述的电解液包含浓度为10g/L～20g/L的Na2SiO3、浓度为5g/L～20g/L的NaOH和浓度为5g/L～10g/L的KF，电解液的温度为15℃～40℃，电解液的溶剂为水；二、表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金的电沉积处理：将步骤一得到的表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金作为电沉积的阴极，石墨片作为阳极，将阴极和阳极置于浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中；然后在沉积电压为3V～5V、温度25℃～85℃的条件下以5mL/min～30mL/min的速率向浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中滴加浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液进行表面涂层沉积，沉积结束后采用二次蒸馏水冲洗3～5次，在温度为25℃～40℃的条件下进行干燥，即完成一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理；所述浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液与浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液的体积比为1:(1～2)；所述表面涂层沉积过程中的pH控制在5～7。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术将微弧氧化层与基底良好的结合，然后在其表面形成一层钙磷涂层，大大提高了材料的耐腐蚀性和生物活性。相对于纯镁而言，本专利技术得到的具有生物活性的复合膜层对模拟体液(SBF)的耐腐蚀性能有很大改善，腐蚀电流密度降低了近两个数量级，腐蚀电位提高了200-700mV。2、本专利技术通过改变电沉积与滴定的工艺参数实现了对涂层组成成分的控制，通过在纯镁表面构建一个微弧氧化粗糙表面，既增强了沉积上钙磷涂层的结合力，又提高了镁合金的耐蚀性。附图说明图1为实施例一得到的表面覆盖有二水磷酸氢钙涂层的镁、实施例二得到的表面覆盖有二水磷酸氢钙和羟基磷灰石的混合涂层的镁及实施例三得到的表面覆盖有羟基磷灰石涂层的镁的XRD对比图，其中1为实施例一得到的表面覆盖有二水磷酸氢钙涂层的镁，2为实施例二得到的表面覆盖有二水磷酸氢钙和羟基磷灰石的混合涂层的镁，3为实施例三得到的表面覆盖有羟基磷灰石涂层的镁，A为二水磷酸氢钙，B为羟基磷灰石，C为镁；图2为实施例二得到的表面覆盖有二水磷酸氢钙和羟基磷灰石的混合涂层的镁的表面形貌图；图3为实施例一得到的表面覆盖有二水磷酸氢钙涂层的镁、实施例二得到的表面覆盖有二水磷酸氢钙和羟基磷灰石的混合涂层的镁及实施例三得到的表面覆盖有羟基磷灰石涂层的镁的极化曲线对比图，其中1为实施例一得到的表面覆盖有二水磷酸氢钙涂层的镁，2为实施例二得到的表面覆盖有二水磷酸氢钙和羟基磷灰石的混合涂层的镁，3为实施例三得到的表面覆盖有羟基磷灰石涂层的镁，4为纯镁。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法是通过以下步骤进行的：一、镁或镁合金表面微弧氧化膜层的制备：将去掉氧化膜的镁或镁合金置于电解液作为阳极，以钛作为阴极，在电压为300V～450V的条件下进行微弧氧化2min～20min，然后将镁或镁合金取出后冲洗后干燥，得到表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金；其中，所述的电解液包含浓度为10g/L～20g/L的Na2SiO3、浓度为5g/L～20g/L的NaOH和浓度为5g/L～10g/L的KF，电解液的温度为15℃～40℃，电解液的溶剂为水；二、表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金的电沉积处理：将步骤一得到的表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金作为电沉积的阴极，石墨片作为阳极，将阴极和阳极置于浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中；然后在沉积电压为3V～5V、温度25℃～85℃的条件下以5mL/min～30mL/min的速率向浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中滴加浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液进行表面涂层沉积，沉积结束后采用二次蒸馏水冲洗3～5次，在温度为25℃～40℃的条件下进行干燥，即完成一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理；所述浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液与浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液的体积比为1:(1～2)；所述表面涂层沉积过程中的pH控制在5～7。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一在电压为400V的条件下进行微弧氧化10min。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述表面涂层沉积分为以下三种：①当在沉积电压为3V～5V、温度25℃～45℃的条件下以5mL/min～30mL/min的速率向浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中滴加浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液，得到的是表面覆盖有二水磷酸氢钙涂层的镁或镁合金；②当在沉积电压为3V～5V、温度45℃～65℃的条件下以5mL/min～30mL/min的速率向浓度为0.835mol/L的硝酸钙溶液中滴加浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液，得到的是表面覆盖有二水磷酸氢钙和羟基磷灰石的混合涂层的镁或镁合金；③在沉积电压为3V～5V、温度65℃～85℃的条件下以5mL/min～15mL/min的速率向浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中滴加浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液，得到的是表面覆盖有羟基磷灰石涂层的镁或镁合金。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液与浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液的体积比为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法，其特征在于具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法是通过以下步骤进行的：一、镁或镁合金表面微弧氧化膜层的制备：将去掉氧化膜的镁或镁合金置于电解液作为阳极，以钛作为阴极，在电压为300V～450V的条件下进行微弧氧化2min～20min，然后将镁或镁合金取出后冲洗后干燥，得到表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金；其中，所述的电解液包含浓度为10g/L～20g/L的Na2SiO4、浓度为5g/L～20g/L的NaOH和浓度为5g/L～10g/L的KF，电解液的温度为15℃～40℃，电解液的溶剂为水；二、表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金的电沉积处理：将步骤一得到的表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金作为电沉积的阴极，石墨片作为阳极，将阴极和阳极置于浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中；然后在沉积电压为3V～5V、温度25℃～85℃的条件下以5mL/min～30mL/min的速率向浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中滴加浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液进行表面涂层沉积，沉积结束后采用二次蒸馏水冲洗3～5次，在温度为25℃～40℃的条件下进行干燥，即完成一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理；所述浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液与浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液的体积比为1:(1～2)；所述表面涂层沉积过程中的pH控制在5～7。...

【技术特征摘要】
1.一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法，其特征在于具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法是通过以下步骤进行的：一、镁或镁合金表面微弧氧化膜层的制备：将去掉氧化膜的镁或镁合金置于电解液作为阳极，以钛作为阴极，在电压为300V～450V的条件下进行微弧氧化2min～20min，然后将镁或镁合金取出后冲洗后干燥，得到表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金；其中，所述的电解液包含浓度为10g/L～20g/L的Na2SiO3、浓度为5g/L～20g/L的NaOH和浓度为5g/L～10g/L的KF，电解液的温度为15℃～40℃，电解液的溶剂为水；二、表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金的电沉积处理：将步骤一得到的表面带有微弧氧化膜层的镁或镁合金作为电沉积的阴极，石墨片作为阳极，将阴极和阳极置于浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中；然后在沉积电压为3V～5V、温度25℃～85℃的条件下以5mL/min～30mL/min的速率向浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液中滴加浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液进行表面涂层沉积，沉积结束后采用二次蒸馏水冲洗3～5次，在温度为25℃～40℃的条件下进行干燥，即完成一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理；所述浓度为0.05mol/L的磷酸氢二钾溶液与浓度为0.0835mol/L的硝酸钙溶液的体积比为1:(1～2)；所述表面涂层沉积过程中的pH控制在5～7；沉积后的表面涂层比基...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡津，韩嘉平，唐莎巍，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23