一種純鎂或鎂合金表面疏水微弧氧化涂層及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物醫用金屬材料的表面處理技術領域，具體涉及一種純鎂或鎂合金表面疏水微弧氧化涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002]鎂合金與傳統的骨植入材料(不銹鋼、Co-Cr合金以及鈦合金)相比，具有安全無毒，在體內可降解，彈性模量與人骨最接近，不易造成應力遮擋效應，從而成為最有發展潛力的骨植入材料。但是由于鎂合金的化學性質活潑，容易發生腐蝕，導致鎂合金植入體在骨損傷未愈合之前發生嚴重的點蝕，失去其應有的力學性能，造成手術的失敗，給患者帶來更大的精神壓力。
[0003]為了降低生物鎂合金在人體或者是類體液介質中的降解速率，對鎂合金進行適當表面處理就顯得格外重要。通常是在鎂合金表面制備一層羥基磷灰石涂層，既能有效地提高鎂合金的耐腐蝕性能，同時也可以改善鎂合金骨植入材料的生物相容性，促進骨損傷處的新骨的形成。常見的方法有電化學沉積、溶膠凝膠法、激光熔覆以及微弧氧化這幾種。通過電沉積進行表面處理，具有操作簡單，方便易行等優點，但涂層與基底的結合力不好，涂層容易剝落。激光熔覆法的成本太高，僅適合于實驗室研究，難以實現產業化。通過微弧氧化法制備的涂層具有與基底的結合性能好、耐腐蝕能力強、簡單易操作等優點，成為當今的研究熱點之一。微弧氧化涂層呈現多孔的表面形貌，增大了涂層的表面積，有利于骨細胞在涂層上面附著和繁殖。與此同時，也會使體液或者是類體液介質通過多孔的通道進入涂層內部從而發生點蝕，降低涂層的耐腐蝕性能。正因于此，學者們研究了微弧氧化電解液成分、添加劑的種類以及表面活性劑等不同因素對微弧氧化涂層的影響。
[0004]疏水或者超疏水表面是指固液接觸角大于90°的表面，其在金屬防腐、自清潔等領域有著廣泛的應用，通常采用以下兩種方式來獲得疏水表面:對粗糙表面修飾低表面能的物質或者是將低表面能的物質做成粗糙的表面。硬脂酸是制備納米固體脂質的環境友好型材料。采用環境友好的硬脂酸疏水處理試劑對鎂合金微弧氧化涂層進行疏水處理，形成疏水微弧氧化涂層，有利于提高單一微弧氧化對鎂合金的保護能力。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種制備方法簡單合理、可操作性強、耐腐蝕性能高的純鎂或鎂合金表面疏水微弧氧化涂層及其制備方法。鎂合金表面疏水微弧氧化涂層在體外模擬體液浸泡的前期能夠有效地提高鎂合金在模擬體液中的耐腐蝕性能，同時在模擬體液浸泡后期緩慢降解，誘導鈣磷鹽沉積，具有良好的實用價值和應用前景。
[0006]為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案:
一種純鎂或鎂合金表面疏水微弧氧化涂層的制備方法，包含以下步驟:
(1)材料的預處理:選用純鎂或鎂合金作為基底材料，先用100~1000號的SiC金相砂紙依次打磨拋光，然后放入酒精和丙酮的混合溶液中，進行超聲清洗10~60min，室溫下干燥；
(2)配制微弧氧化電解液:按照磷酸鈉的濃度為20~80g/L，氫氧化鈉的濃度為l-10g/L配制微弧氧化電解液；
(3)疏水處理溶液的配制:配制濃度為0.01-0.lmol/L的硬脂酸乙醇溶液；
(4)微弧氧化涂層的制備:以步驟(1)處理后的基底材料作為陽極，不銹鋼片作為陰極，將陽極和陰極浸入到步驟(2)配制的微弧氧化電解液中，兩電極之間的距離保持3~6cm，在室溫下進行微弧氧化處理，微弧氧化的電壓為200~300V，微弧氧化的時間為10~60min，反應完成之后將陽極材料用去離子水沖洗，干燥備用；
(5 )疏水微弧氧化涂層的制備:將步驟(4 )制備的陽極材料浸泡在步驟(3 )的疏水處理溶液中，浸泡時間為10~60min，然后放在烘箱中60°C干燥處理l~2h。
[0007]步驟(1)所述的酒精和丙酮的混合溶液中，酒精和丙酮的體積比為1:1。
[0008]步驟(1)所述的鎂合金包括MgSr合金、MgCa合金、MgZn合金、MgZnZr合金和MgZnCa合金中的一種。
[0009]如上所述的制備方法制得的純鎂或鎂合金表面疏水微弧氧化涂層，所述的純鎂或鎂合金表面疏水微弧氧化涂層由磷酸鎂及氧化鎂組成，厚度為5~20 μπι ;該涂層與模擬體液的靜態接觸角為90° ~150°。
[0010]本發明的有益效果在于:
1)本發明的制備方法簡單合理、可操作性強；所制得的涂層耐腐蝕性能高、疏水性能好;
2)鎂合金表面疏水微弧氧化涂層在體外模擬體液浸泡的前期能夠有效地提高鎂合金在模擬體液中的耐腐蝕性能，同時在模擬體液浸泡后期緩慢降解，誘導鈣磷鹽沉積，具有良好的實用價值和應用前景。
【附圖說明】
[0011]圖1為采用本發明的方法制備的疏水微弧氧化涂層的SEM照片；其中:(a)在硬脂酸中浸泡lOmin ； (b)在硬脂酸中浸泡30min ； (c)在硬脂酸中浸泡60min ；
圖2為采用本發明的方法制備的在硬脂酸中浸泡60min所得的疏水微弧氧化涂層的紅外圖譜；
圖3為采用本發明的方法制備的樣品與模擬體液在室溫下的靜態接觸角；其中:(a)微弧氧化樣品；(b)在硬脂酸中浸泡lOmin ; (c)在硬脂酸中浸泡30min ; (d)在硬脂酸中浸泡60min ；
圖4為采用本發明的方法制備的涂層在37°C的模擬體液中的電化學極化曲線；其中曲線分別指:AZ31鎂合金；AZ31微弧氧化涂層；在硬脂酸中處理lOmin ;在硬脂酸中處理30min ;在硬脂酸中處理60min。
【具體實施方式】
[0012]下面通過實施例對本發明的技術方案進行詳細說明，但本發明所保護內容不僅限于此。
[0013]實施例1 (1)材料的預處理:選用AZ31鎂合金作為基底材料，先用100~1000號的SiC金相砂紙依次打磨拋光，然后放入酒精和丙酮的混合溶液(體積比為1:1)中進行超聲清洗30min，室溫下干燥；
(2)配制微弧氧化電解液:按照磷酸鈉(Na3P04)的濃度為54g/L，氫氧化鈉的濃度為2g/L配制微弧氧化電解液；
(3)疏水處理溶液的配制:配制濃度為0.01mol/L的硬脂酸乙醇溶液；
(4)微弧氧化涂層的制備:以步驟(1)處理后的鎂合金作為陽極，不銹鋼片作為陰極，將陽極和陰極浸入到步驟(2)的微弧氧化電解液中，兩電極之間的距離保持2cm，在室溫下進行微弧氧化處理，微弧氧化的電位為200V，微弧氧化的時間為60min，反應完成之后將陽極材料用去離子水沖洗，干燥備用；
(5)疏水微弧氧化涂層的制備:將步驟(4)制備的陽極材料浸泡在步驟(3)的溶液中，浸泡時間為lOmin，然后放在烘箱中60°C干燥處理2h。
[0014]實施例2
(1)材料的預處理:選用AZ31鎂合金作為基底材料，先用100~1000號的SiC金相砂紙依次打磨拋光，然后放入酒精和丙酮的