镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法技术

本发明专利技术涉及玻璃涂层技术领域，公开了一种镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，该方法包括以下步骤，步骤1：使用激光发射器发射的激光照射生物玻璃片材，形成玻璃熔滴；步骤2：利用气流喷吹装置产生的气流将所述玻璃熔滴喷吹至镁合金的表面，在所述镁合金的表面构建生物玻璃涂层。本发明专利技术基于高速气流对玻璃熔滴进行冷却、喷吹，使玻璃熔滴接触镁合金时的温度低于镁合金的熔点，此时玻璃熔滴具备较好的粘附性，玻璃熔滴粘附在镁合金表面，形成生物玻璃涂层，实现高熔点生物玻璃在低熔点镁合金表面构建生物玻璃涂层。构建生物玻璃涂层。构建生物玻璃涂层。

【技术实现步骤摘要】
镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法


[0001]本专利技术涉及玻璃涂层
，具体涉及一种镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法。

技术介绍

[0002]作为新一代可降解骨修复材料，镁合金具备良好的力学性能、生物相容性以及可降解特性，引起了广泛关注和研究。然而，镁合金材料在生理环境中会快速被腐蚀，从而引起皮下氢气(H2)的积累，致使形成皮下气体空腔以及植入材料和组织界面的分离，这可能直接导致整个植入手术的失败；同时，当组织微环境的pH值超过7.8时，伴随氢气的释放，导致微区发生碱化反应，从而引起组织的碱中毒；此外，氢气的析出和碱化，还会迅速降低植入材料的机械强度，并导致植入材料过早失效。因此，镁合金的耐腐蚀性能直接决定了镁合金植入材料的应用效果。
[0003]近年来，通过制备镁合金表面保护涂层方法可有效抑制镁合金的腐蚀行为。其中，生物玻璃作为生物医用无机材料，具有良好的化学稳定性、降解可控性、生物相容性和骨传导性，但其脆性高、加工性能差、韧性低等缺点使其不能用于承重骨的替代材料。若将其用于构建镁合金表面涂层，可实现力学相容性和生物相容性的双赢。然而，由于镁合金的熔融温度(600～650℃)远低于生物玻璃的熔融温度(800～1000℃)，因此难以直接在镁合金表面通过玻璃高温熔覆的物理方法进行涂层构建。
[0004]目前，以溶胶凝胶原理在镁合金表面合成玻璃涂层是当前的主要方法。专利申请CN102886073A和CN103495202A以医用镁合金为基材，基于玻璃配方P2O5‑
SiO2‑
CaO
‑
Na2O体系配置溶胶体系溶液，将镁合金在配合溶液中反复浸渍提拉，发生凝胶反应，再置于400
‑
500℃高温中热处理2
‑
4小时，最终在镁合金表面合成玻璃涂层。该方法可控制涂层成型温度低于镁合金熔融温度，保证镁合金结构，但浸渍提拉、热处理等过程导致涂层构建时间较长，且涂层尺寸难以精准调控，且形貌单一。
[0005]在此基础上，专利申请CN115305544A提出电泳沉积方法，将溶胶凝胶法成型生物玻璃粉体与醇水混合形成悬浮液，以镁合金为阴极、不锈钢片为阳极，利用电解池原理将玻璃粉体粒子在镁合金表面发生电泳沉积，获得玻璃涂层。该方法要求采用溶胶凝胶法成型生物玻璃以达到纳米级玻璃粉体，并且涂层需通过24小时干燥处理。
[0006]除此之外，专利申请CN104474587A提出将加压策略与溶胶凝胶法构建玻璃涂层结合，在镁合金表面制备致密非晶态生物玻璃涂层。加压与热处理结合可有效提升镁合金与生物玻璃涂层之间的界面性能，但面临与溶胶凝胶法相同的成型周期长、结构调控困难等问题。
[0007]现有文献公开了在镁合金表面构建生物玻璃涂层的技术思路，但存在不能直接在镁合金表面构熔覆涂层、涂层构建效率低、不能对镁合金表面涂层熔覆区域选择实现定制化设计与调控。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在难以直接在镁合金表面通过玻璃高温熔覆的物理方法进行涂层构建的问题，提供一种镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，该方法通过激光快速熔融生物玻璃片材形成玻璃熔滴，然后在高速气流作用下将玻璃熔滴吹向镁合金表面，玻璃熔滴粘附在镁合金表面构建生物玻璃涂层，生物玻璃涂层可提升镁合金生物活性并调控镁合金电化学降解速度，为镁合金提供长期稳定的结构力学支撑。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供一种镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，该方法包括以下步骤：
[0010]步骤1：使用激光发射器发射的激光照射生物玻璃片材，形成玻璃熔滴；
[0011]步骤2：利用气流喷吹装置产生的气流将所述玻璃熔滴喷吹至镁合金的表面，在所述镁合金的表面构建生物玻璃涂层。
[0012]优选地，所述生物玻璃片材的厚度为0.5
‑
2mm。
[0013]优选地，所述激光的波长为8
‑
12μm、光斑为1
‑
10cm2、功率为5
‑
20kW/cm2。
[0014]优选地，所述玻璃熔滴的温度为1000
‑
1400℃。
[0015]优选地，所述玻璃熔滴的粘度为lg1.2
‑
lg1.5 Pa
·
s。
[0016]优选地，所述气流与所述激光之间的夹角为10
‑
45
°
。
[0017]优选地，所述气流的温度为300
‑
500℃。
[0018]优选地，所述气流的流速为10
‑
50m/s。
[0019]优选地，所述气流为干燥压缩空气气流、氮气气流、氩气气流或氦气气流。
[0020]优选地，所述生物玻璃涂层在所述镁合金的表面的覆盖形状为圆滴状、椭圆状、纤维状或面状。
[0021]优选地，所述生物玻璃片材为硅酸盐生物玻璃片材或无硅生物玻璃片材。
[0022]优选地，制备所述硅酸盐生物玻璃片材的原料包括SiO2、B2O3、P2O5、CaO、MgO和Na2O，所述SiO2、B2O3、P2O5、CaO、MgO和Na2O的摩尔比为1：0.018
‑
0.25：0.09
‑
0.38：0.09
‑
0.63：0.055
‑
0.38：0.009
‑
0.25。
[0023]优选地，制备所述无硅生物玻璃片材的原料包括P2O5、B2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Na2O，所述P2O5、B2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Na2O的摩尔比为1：0.05
‑
0.33：0.05
‑
0.33：0.17
‑
0.56：0.083
‑
0.44：0.008
‑
0.11。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的上述技术方案具有以下优点：
[0025]1、本专利技术基于激光热熔高效的特点，在不接触镁合金的情况下，实现生物玻璃片材快速熔融，形成玻璃熔滴。
[0026]2、本专利技术基于高速气流对玻璃熔滴进行冷却、喷吹，使玻璃熔滴接触镁合金时的温度低于镁合金的熔点，但同时具备较好的粘附性，使玻璃熔滴粘附在镁合金表面，形成生物玻璃涂层，实现高熔点生物玻璃在低熔点镁合金表面构建生物玻璃涂层。
[0027]3、本专利技术通过调控激光功率、气流喷吹速率、气流温度等关键参数，构建不同形态的生物玻璃涂层，具备定制镁合金表面多形态生物玻璃涂层的能力。
附图说明
[0028]图1是生物玻璃片材在镁合金表面构建生物玻璃涂层的示意图；
[0029]图2是圆滴状生物玻璃涂层的示意图；
[0030]图3是椭圆状生物玻璃涂层的示意图；
[0031]图4是纤维状生物玻璃涂层的示意图；
[0032]图5是面状生物玻璃涂层的示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：使用激光发射器(1)发射的激光(2)照射生物玻璃片材(5)，形成玻璃熔滴；步骤2：利用气流喷吹装置(3)产生的气流(4)将所述玻璃熔滴喷吹至镁合金(7)的表面，在所述镁合金(7)的表面构建生物玻璃涂层(6)。2.根据权利要求1所述的镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，其特征在于，所述生物玻璃片材(5)的厚度为0.5
‑
2mm。3.根据权利要求1所述的镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，其特征在于，所述激光(2)的波长为8
‑
12μm、光斑为1
‑
10cm2、功率为5
‑
20kW/cm2。4.根据权利要求1所述的镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，其特征在于，所述玻璃熔滴的温度为1000
‑
1400℃。5.根据权利要求1所述的镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，其特征在于，所述玻璃熔滴的粘度为lg1.2
‑
lg1.5 Pa
·
s。6.根据权利要求1所述的镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，其特征在于，所述气流(4)与所述激光(2)之间的夹角为10
‑
45
°
。7.根据权利要求1所述的镁合金表面构建生物玻璃涂层的方法，其特征在于，所述气流(4)的温度为300
‑
500℃；优选地，所述气流(...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晨凯，王勇，邵振宗，黄长用，张武翔，丁希仑，
申请(专利权)人：北京航空航天大学宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：