zk60表面maoed陶瓷ha复合生物涂层的制备(附件)【字数：14856】
摘 要摘 要由于社会进步和科学技术发展，新型复合材料起到了越来越重要的作用。镁合金有较好的生物相容性和可降解性，在医学领域受到了广泛的研究，但是其可降解速度较快，不能满足服役要求。本研究在镁合金表面制备MAO-ED复合膜层，通过性能测试，并与微弧氧化膜层对比，分析复合膜层的组织和性能特点。本文采用ZK60镁合金为研究对象，MAO电解液成分为6.0g/L Na2SiO3·9H2O + 0.5g/L Ca(CH3COO)2·H2O + 0.8g/L (NaPO3)6 + 0.5g/L NaH2PO4·H2O + 2.8g/L NaOH，采用恒流模式进行微弧氧化。将羟基磷灰石加入到无水乙醇当中配制分别配置出10g/L、15g/L、20g/L浓度的电泳液进行电泳。利用扫描电镜(SEM)，激光共聚焦显微镜获得试样膜层微观形貌及粗糙度并通过ImageJ软件测定表面孔隙率和孔径；通过扫描电镜自带能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分析膜层表面成分及物相；采用CS电化学工作站测试样的耐蚀性和腐蚀行为。结果显示 MAO-ED复合膜层比MAO膜层更加致密，孔径和孔隙率大大减小，封孔效果好，还可以看到HA粒子在陶瓷层表面的分布情况；经过电泳之后粗糙度明显减小； MAO-ED亲水性更好，更有利于细胞生长；通过耐腐蚀性分析，MAO-ED膜层的耐腐蚀性能更好。关键词镁合金；微弧氧化；电泳沉积；耐腐蚀性
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 镁合金的特点 1
1.1.2 镁合金作为生物材料的研究进展和应用 1
1.1.3 镁合金作为生物植入材料存在的问题 2
1.2 镁合金表面改性技术研究概况 2
1.2.1 镁合金表面改性技术及原理 2
1.2.2 镁合金表面羟基磷灰石涂层改性研究现状 3
1.2.3 镁合金表面HA涂层改性存在的问题 4
1.3 生物医用镁合金微弧氧化技术研究现状 5
1.3.1 微弧氧化基本原理及特点 5
1.3.2 生物医用镁合金微弧氧化膜层存在的问题 6
1.4 镁合金微弧电泳复合生物膜层研究进展 6
1.4.1 粉末电泳沉积技术原理 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
及特点 6
1.4.2 微弧电泳工艺的影响因素 7
1.4.3 微弧电泳复合膜层的研究进展 8
1.4.4 微弧电泳复合膜层生物性研究 8
1.5 课题的研究目的和主要研究内容 9
1.5.1 课题的研究目的及意义 9
1.5.2 课题的研究内容 9
第二章 实验设备及实验方法 11
2.1 实验材料 11
2.2 实验设备 11
2.3 微弧氧化陶瓷膜层的制备过程 12
2.3.1 试样预处理 12
2.3.2 电解液的配置 12
2.3.3 微弧氧化处理 12
2.4 微弧氧化复合膜层的制备 12
2.4.1 试样预处理 12
2.4.2 电泳液的配置 13
2.4.3 电泳沉积处理 13
2.5 性能测试 13
2.5.1 观察膜层的表面形貌和截面形貌 13
2.5.2 膜层的物相分析 13
2.5.3 测量膜层接触角 13
2.5.4 测量膜层的粗糙度 13
2.5.5 电化学检测膜层耐蚀性 14
第三章 微弧电泳复合膜层的制备 15
3.1 微弧氧化陶瓷层的制备 15
3.1.1 微弧氧化过程参数的设定 15
3.1.2 微弧氧化的过程及现象分析 15
3.2 微弧电泳复合膜层的制备 16
3.2.1 电泳沉积过程参数的设定 16
3.2.2 电泳沉积的过程及分析 16
3.2.3 电泳沉积过程中的现象及分析 17
3.3 本章小结 18
第四章 性能测试及分析 19
4.1 膜层微观形貌及分析 19
4.2 膜层化学成分分析 20
4.3 膜层孔径及孔隙率分析 24
4.4 膜层的物相分析 25
4.5 膜层接触角分析 26
4.6 膜层粗糙度及分析 27
4.7 膜层耐蚀性及分析 27
4.7.1 极化曲线的分析 27
4.7.2 交流阻抗 30
4.8 本章小结 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 研究背景
20世纪，科学技术的快速发展导致金属材料消耗量急剧增高，而一些金属材料极度匮乏，特别是20世纪50年代的能源危机，使得轻质结构材料得到快速发展[1]。镁合金是实用金属中最轻的金属，在1990年之后，镁合金在全球范围内大量使用。镁合金因其特有的性能，成为工业生产中重要的金属工程材料。但因其较差的耐蚀性而未能得到广泛应用。
1.1.1 镁合金的特点
相比较其它合金，镁合金具有一些很好的性能：
(1)镁合金因密度小而成为较轻的结构材料，密度大约为1.761.85g/cm3，与人骨密度非常接近，可望作为人体植入材料[2]。
(2)镁合金的综合性能相对其他合金来说比较好，其相对比强度和比刚度较好。
(3)镁合金与铁不易发生反应，且熔点低于铝合金熔点，故压铸成型性能比其他金属要好。镁合金还可进行高速的机械加工，效率更高。
(4)镁合金的导热系数小于铝合金，但是比塑料高出十几倍；具有较好的热稳定性、屏蔽性和抗电磁干扰性。
(5)镁合金的阻尼性好、弹性模量较低、减振功能非常好，故可以承载较大的冲击震动。
(6)切削加工性能好。相对于低合金钢等合金，切削镁合金只需要刀具消耗较低的功率，且磨损也较低。镁合金的粗糙度很低，切削后就可以得到比较光滑的表面[3]。
(7)镁合金还可以重复利用，可以降低制造成本、节约资源、改善环境。
1.1.2 镁合金作为生物材料的研究进展和应用
生物可降解镁合金在100多年前就已经在医学当中得到应用。在1878年，Huse当时在三个不同的病例中成功的应用了镁丝[4]。1892年开始，奥地利医生Payr对镁合金也进行了医学研究，得到了大量的临床试验数据，这些数据暂时证明了镁合金的生物相容性和可降解性的特性[4]。这个发现，对于我们研究镁合金提供了很大的方便，在后人的研究中，也证实了这一点[7]。
随着科学技术及医疗水平的不断发展，人们越来越热衷于分析和研究新一代医用金属材料，为社会作更多的贡献。因为镁合金的自腐蚀电位为2.36V，易腐蚀，故具有可降解性，将镁合金作为生物材料植入人体，不需要通过二次手术取出，可以减轻病人的痛苦和费用，提出了生物可降解镁合金(Biodegradable Magnesium Alloys)的概念[68]。现在临床使用的医用不锈钢、医用钛及其合金和钴铬镍合金，植入人体后会存在一些的问题，如力学性能不好、生物相容性差以及不可降解，但可降解的镁合金拥有较好的的力学性能、耐蚀性和生物相容性，有望在将来成为理想的固定材料，用来修复骨组织的损伤，并且减轻病人的痛苦和负担。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 镁合金的特点 1
1.1.2 镁合金作为生物材料的研究进展和应用 1
1.1.3 镁合金作为生物植入材料存在的问题 2
1.2 镁合金表面改性技术研究概况 2
1.2.1 镁合金表面改性技术及原理 2
1.2.2 镁合金表面羟基磷灰石涂层改性研究现状 3
1.2.3 镁合金表面HA涂层改性存在的问题 4
1.3 生物医用镁合金微弧氧化技术研究现状 5
1.3.1 微弧氧化基本原理及特点 5
1.3.2 生物医用镁合金微弧氧化膜层存在的问题 6
1.4 镁合金微弧电泳复合生物膜层研究进展 6
1.4.1 粉末电泳沉积技术原理 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
及特点 6
1.4.2 微弧电泳工艺的影响因素 7
1.4.3 微弧电泳复合膜层的研究进展 8
1.4.4 微弧电泳复合膜层生物性研究 8
1.5 课题的研究目的和主要研究内容 9
1.5.1 课题的研究目的及意义 9
1.5.2 课题的研究内容 9
第二章 实验设备及实验方法 11
2.1 实验材料 11
2.2 实验设备 11
2.3 微弧氧化陶瓷膜层的制备过程 12
2.3.1 试样预处理 12
2.3.2 电解液的配置 12
2.3.3 微弧氧化处理 12
2.4 微弧氧化复合膜层的制备 12
2.4.1 试样预处理 12
2.4.2 电泳液的配置 13
2.4.3 电泳沉积处理 13
2.5 性能测试 13
2.5.1 观察膜层的表面形貌和截面形貌 13
2.5.2 膜层的物相分析 13
2.5.3 测量膜层接触角 13
2.5.4 测量膜层的粗糙度 13
2.5.5 电化学检测膜层耐蚀性 14
第三章 微弧电泳复合膜层的制备 15
3.1 微弧氧化陶瓷层的制备 15
3.1.1 微弧氧化过程参数的设定 15
3.1.2 微弧氧化的过程及现象分析 15
3.2 微弧电泳复合膜层的制备 16
3.2.1 电泳沉积过程参数的设定 16
3.2.2 电泳沉积的过程及分析 16
3.2.3 电泳沉积过程中的现象及分析 17
3.3 本章小结 18
第四章 性能测试及分析 19
4.1 膜层微观形貌及分析 19
4.2 膜层化学成分分析 20
4.3 膜层孔径及孔隙率分析 24
4.4 膜层的物相分析 25
4.5 膜层接触角分析 26
4.6 膜层粗糙度及分析 27
4.7 膜层耐蚀性及分析 27
4.7.1 极化曲线的分析 27
4.7.2 交流阻抗 30
4.8 本章小结 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 研究背景
20世纪，科学技术的快速发展导致金属材料消耗量急剧增高，而一些金属材料极度匮乏，特别是20世纪50年代的能源危机，使得轻质结构材料得到快速发展[1]。镁合金是实用金属中最轻的金属，在1990年之后，镁合金在全球范围内大量使用。镁合金因其特有的性能，成为工业生产中重要的金属工程材料。但因其较差的耐蚀性而未能得到广泛应用。
1.1.1 镁合金的特点
相比较其它合金，镁合金具有一些很好的性能：
(1)镁合金因密度小而成为较轻的结构材料，密度大约为1.761.85g/cm3，与人骨密度非常接近，可望作为人体植入材料[2]。
(2)镁合金的综合性能相对其他合金来说比较好，其相对比强度和比刚度较好。
(3)镁合金与铁不易发生反应，且熔点低于铝合金熔点，故压铸成型性能比其他金属要好。镁合金还可进行高速的机械加工，效率更高。
(4)镁合金的导热系数小于铝合金，但是比塑料高出十几倍；具有较好的热稳定性、屏蔽性和抗电磁干扰性。
(5)镁合金的阻尼性好、弹性模量较低、减振功能非常好，故可以承载较大的冲击震动。
(6)切削加工性能好。相对于低合金钢等合金，切削镁合金只需要刀具消耗较低的功率，且磨损也较低。镁合金的粗糙度很低，切削后就可以得到比较光滑的表面[3]。
(7)镁合金还可以重复利用，可以降低制造成本、节约资源、改善环境。
1.1.2 镁合金作为生物材料的研究进展和应用
生物可降解镁合金在100多年前就已经在医学当中得到应用。在1878年，Huse当时在三个不同的病例中成功的应用了镁丝[4]。1892年开始，奥地利医生Payr对镁合金也进行了医学研究，得到了大量的临床试验数据，这些数据暂时证明了镁合金的生物相容性和可降解性的特性[4]。这个发现，对于我们研究镁合金提供了很大的方便，在后人的研究中，也证实了这一点[7]。
随着科学技术及医疗水平的不断发展，人们越来越热衷于分析和研究新一代医用金属材料，为社会作更多的贡献。因为镁合金的自腐蚀电位为2.36V，易腐蚀，故具有可降解性，将镁合金作为生物材料植入人体，不需要通过二次手术取出，可以减轻病人的痛苦和费用，提出了生物可降解镁合金(Biodegradable Magnesium Alloys)的概念[68]。现在临床使用的医用不锈钢、医用钛及其合金和钴铬镍合金，植入人体后会存在一些的问题，如力学性能不好、生物相容性差以及不可降解，但可降解的镁合金拥有较好的的力学性能、耐蚀性和生物相容性，有望在将来成为理想的固定材料，用来修复骨组织的损伤，并且减轻病人的痛苦和负担。
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