一种镁合金生物玻璃复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镁合金生物玻璃复合涂层及其制备方法，该涂层以镁合金为基体，包括MgO、Ca5(PO4)3(OH)和硅酸盐组成的生物玻璃复合涂层，对镁基体进行微弧氧化得到预涂层，通过激光熔覆形成与基体相互融合的高性能复合涂层。预制层主要成分氧化镁相可以提高镁合金基体耐蚀性和复合涂层与基体结合强度，同时在激光熔覆过程中促进生物玻璃网络中形成的非桥氧键在人体体液环境中会诱使Ca5(PO4)3(OH)分解出的Ca

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金生物玻璃复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种镁合金生物玻璃复合涂层及其制备方法，属于镁合金表面处理与防护


技术介绍

[0002]传统的医用金属植入材料，如不锈钢、钛合金、钴合金等，具有较高的强度、优异的延展性和较好的耐腐蚀性，在生物医用领域得到了广泛的应用。但是传统医用金属植入器械不能自发降解，当人体组织自主修复完成后需要进行二次手术取出，增加了二次感染的风险以及病人的治疗费用和痛苦。镁合金作为生物医用金属材料，具有良好的生物相容性和可降解性，其密度及弹性模量与人骨接近，可避免应力遮蔽效应；此外，镁是人体必需的营养元素，可被人体吸收和代谢。但是镁合金化学性质活泼，模拟生理环境下的腐蚀速度过快，而且在生理环境中的快速腐蚀还会引起皮下氢气的积累，影响成骨细胞的活性，限制了其临床应用和推广。因此，有必要对镁合金进行表面改性处理，以提高镁合金的耐蚀性和生物活性。
[0003]Hornberger等[Biomedical coatings on magnesium alloys
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A review,Acta Biomaterialia.2012,8,2442
‑
2455.]已经证实致密的无机涂层，如羟基磷灰石、硅基玻璃等涂层对镁合金有一定的保护作用，但是与基体的结合性较差，在循环体液中会导致涂层开裂和剥落，从而镁合金在后期会快速降解。对于骨科植入器械，从骨折损伤组织愈合到新骨形成，到最终骨康复完成至少需要3～4个月，在此期间需要保证植入镁合金器械的力学强度、耐磨性、耐蚀性和生物活性等，而单一的无机涂层对镁合金降解的保护周期为10～15天，无法满足要求。
[0004]生物玻璃涂层具有良好的生物活性、骨传导性，目前，在钛合金等传统医用材料方面已有一定的研究基础，CN 1539512公开了一种医用生物植入体及制备方法，表明植入材料表面的生物玻璃涂层有良好的生物活性和生物相容性。而对于新型可降解镁合金材料来说，研究人员一般通过溶胶凝胶法、浸渍提拉法制备生物玻璃涂层，但是制备出生物玻璃涂层与镁合金基体结合强度差，而且制备过程工艺复杂，涂层处理时间较长，生产效率低。考虑到镁合金熔点较低的问题，目前在镁合金上制备能与基体结合强度较高的生物玻璃涂层的技术还很有限。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种高生物活性和耐蚀性的镁合金生物玻璃复合涂层，本专利技术的第二目的是提供一种该镁合金生物玻璃复合涂层的制备方法。
[0006]技术方案：本专利技术的一种镁合金生物玻璃复合涂层，所述镁合金生物玻璃复合涂层以镁合金为基体，包括MgO、Ca5(PO4)3(OH)和硅酸盐组成的生物玻璃复合涂层。
[0007]进一步地，所述生物玻璃复合涂层的厚度为20～60μm。
[0008]本专利技术所述镁合金生物玻璃复合涂层的制备方法，所述镁合金生物玻璃复合涂层
以镁合金为基体，通过微弧氧化在镁合金表面制备预制层MgO，再通过激光熔覆处理形成与基体相互融合的由MgO、Ca5(PO4)3(OH)和硅酸盐组成的生物玻璃复合涂层。
[0009]进一步地，本专利技术所述的制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将镁合金打磨抛光，去离子水清洗，在无水乙醇中超声波清洗，烘干，得到预处理过的镁合金；
[0011](2)配制电解液，将预处理过的镁合金作为阳极，以不锈钢槽为阴极，进行微弧氧化处理，清洗，吹干，得到含有预制层MgO的镁合金；
[0012](3)将SiO2、Na2O、CaO、P2O5置于硅钼棒电炉内，熔融，得到玻璃液；
[0013](4)将熔融好的玻璃液水淬成碎屑，烘干，研磨，过筛，压片，加热处理，得到热处理过的薄片；
[0014](5)将热处理过的薄片覆盖在含有预制层MgO的镁合金的预制层上，进行激光熔覆处理，即得镁合金生物玻璃复合涂层。
[0015]进一步地，步骤(1)中，所述打磨抛光依次使用220#、600#、1000#、1500#、2000#和3000#的SiC砂纸处理。
[0016]进一步地，步骤(1)中，所述在无水乙醇中超声波清洗的时间为3～10min。
[0017]进一步地，步骤(2)中，所述电解液为包括九水合硅酸钠、氢氧化钠和二水合氟化钾的水溶液，所述电解液中九水合硅酸钠的浓度为10～20g/L、氢氧化钠的浓度为4～10g/L、二水合氟化钾的浓度为2～5g/L。
[0018]进一步地，步骤(2)中，所述微弧氧化处理的参数包括：采用恒流模式，电流密度为0.2～0.5A/cm2，电源频率为300～500Hz，氧化时间为3～5min，电解液温度为20～40℃。
[0019]进一步地，步骤(3)中，所述生物玻璃配料中SiO2、Na2O、CaO、P2O5的质量百分比分别为20～40％、10～20％、20～30％、10～20％。
[0020]进一步地，步骤(3)中，所述熔融的温度为1000～1400℃，熔融的时间为2～4h。
[0021]进一步地，步骤(4)中，过筛筛出10～18μm之间的颗粒。
[0022]进一步地，步骤(4)中，所述压片采用冷等静压的方法，所述压片的厚度20～60μm.
[0023]进一步地，步骤(4)中，所述加热处理的温度为400～600℃，加热处理的时间为12
‑
24h。
[0024]进一步地，步骤(5)中，所述激光熔覆处理的参数包括：激光功率为0.8～1.2kW，扫描速度为300～500mm/min，光斑直径为4～8mm，搭接率为20％～40％，保护气流量为20～30L/min。
[0025]机理：本专利技术首先通过微弧氧化在镁合金表面原位生长出氧化镁预制层，与基体的结合能力强，可有效防护激光熔覆对化学性质活泼易氧化镁合金基体的氧化侵蚀，防止镁合金激光熔覆高温蒸发，提高复合涂层的致密性和结合能力，长时间浸泡后不易剥落，能够较好的抑制生理环境对镁合金基体的腐蚀，有效调控镁合金的降解速度，且降解产物无害，可被人体吸收和代谢。
[0026]本专利技术通过激光熔覆材料与微弧氧化MgO预制层间的化合反应形成生物玻璃复合涂层，提高了复合涂层与基体的结合强度，同时MgO有利于促进生物玻璃网络中形成非桥氧键，非桥氧键在人体体液环境中会诱使生物玻璃配料中的CaO和P2O5在激光熔覆过程中通过化合反应生成的Ca5(PO4)3(OH)分解出的Ca
2+
和离子在镁合金表面沉积形成仿生钙磷
相，促进人体骨质增生，非桥氧键比例越大，涂层生物活性越高。Ca5(PO4)3(OH)组成与人骨相同，植入人体后，在体液的作用下，钙、磷离子会游离出涂层被机体组织吸收，能够更好的与人体骨骼组织紧密结合，进一步提高镁合金的生物活性。复合涂层对微弧氧化产生的微孔起到封孔作用，进一步提高镁合金基体的耐蚀性。
[0027]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0028](1)本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金生物玻璃复合涂层，其特征在于，所述镁合金生物玻璃复合涂层以镁合金为基体，包括MgO、Ca5(PO4)3(OH)和硅酸盐组成的生物玻璃复合涂层。2.根据权利要求1所述的镁合金生物玻璃复合涂层，其特征在于，所述生物玻璃复合涂层的厚度为20～60μm。3.权利要求1或2所述镁合金生物玻璃复合涂层的制备方法，其特征在于，所述镁合金生物玻璃复合涂层以镁合金为基体，通过微弧氧化在镁合金表面制备预制层MgO，再通过激光熔覆处理形成与基体相互融合的由MgO、Ca5(PO4)3(OH)和硅酸盐组成的生物玻璃复合涂层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将镁合金打磨抛光，去离子水清洗，在无水乙醇中超声波清洗，烘干，得到预处理过的镁合金；(2)配制电解液，将预处理过的镁合金作为阳极，以不锈钢槽为阴极，进行微弧氧化处理，清洗，吹干，得到含有预制层MgO的镁合金；(3)取生物玻璃配料SiO2、Na2O、CaO、P2O5置于硅钼棒电炉内，熔融，得到玻璃液；(4)将熔融好的玻璃液水淬成碎屑，烘干，研磨，过筛，压片，加热处理，得到热处理过的薄片；(5)将热处理过的薄片覆盖在含有预制层MgO的镁合金的预制层上，进行激光熔覆处理，即得镁合金生物玻璃复合涂层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述打磨抛光依次使用220#、600#、1000#、1500#、2000#和3000#的SiC砂纸处理，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：储成林，詹林娟，戴建伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：