【摘 要】
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镁合金作为一种可降解的金属植入材料,具有与天然骨相匹配的弹性模量、良好的生物相容性及生物安全性,广泛应用于骨科及口腔植入领域。然而,镁合金的硬度低,耐腐蚀性较差,不仅会因人体的运动或牙齿的咀嚼造成局部磨损,而且也会受人体环境中腐蚀性离子的攻击而发生严重的腐蚀,二者的协同作用会使植入材料造成更大程度的降解,进而过早地失去应有的机械性能等相关功能。因此,采用适当的表面改性技术来改善医用镁合金的摩擦腐蚀
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镁合金作为一种可降解的金属植入材料,具有与天然骨相匹配的弹性模量、良好的生物相容性及生物安全性,广泛应用于骨科及口腔植入领域。然而,镁合金的硬度低,耐腐蚀性较差,不仅会因人体的运动或牙齿的咀嚼造成局部磨损,而且也会受人体环境中腐蚀性离子的攻击而发生严重的腐蚀,二者的协同作用会使植入材料造成更大程度的降解,进而过早地失去应有的机械性能等相关功能。因此,采用适当的表面改性技术来改善医用镁合金的摩擦腐蚀行为具有重要意义。微弧氧化技术(MAO)能够制备出硬度高、耐磨耐蚀性良好的陶瓷层,广泛应用于镁合金的表面强化中。本文在含纳米ZnO添加剂的硅酸盐基础电解液中于AZ91镁合金表面制备了MAO膜层,研究了正向电流密度、微弧氧化处理时间和纳米ZnO添加剂对MAO膜层的微观结构、组成成分、硬度、粗糙度、耐蚀性及体外降解性能的影响,重点研究了不同因素对膜层摩擦腐蚀行为的影响,并探讨了相关机理。结果表明,膜层的孔隙、裂纹会随着正向电流密度或微弧氧化处理时间的增加而增大,但孔的数量明显减少,膜厚、硬度及粗糙度显著提升;随着纳米ZnO浓度的增加,膜层变得更加致密,孔隙的数量、尺寸及表面粗糙度显著减小,EDS、XRD和XPS分析表明,膜层主要含有Mg O、Mg2Si O4、Mg、ZnO,此外还有少量Mg3(PO4)2;同时可知,正向电流密度及微弧氧化处理时间的增加有利于Mg2Si O4相的形成。电化学腐蚀实验表明,MAO技术显著提高了镁合金的耐蚀性,随着正向电流密度的增大,膜层的耐蚀性先增加后降低。随着微弧氧化处理时间的延长,膜层的耐蚀性顺序为10 min>2 min>5min>15 min。增大纳米ZnO添加剂的浓度后,膜层的耐蚀性提升。摩擦腐蚀实验表明,镁合金基体在摩擦腐蚀后发生了严重的磨粒磨损,并伴随有点蚀坑出现,降解产物为Mg(OH)2,MAO处理显著提高了其抗摩擦腐蚀性。正向电流密度较小或微弧氧化处理时间较短时,膜层容易被磨穿,且局部存在腐蚀坑,随着正向电流密度的增加或时间的延长,膜层的摩擦腐蚀行为得到改善;纳米ZnO浓度的增加显著改善了膜层的减摩、耐磨效果,磨损机制以疲劳磨损为主,表面损伤较轻,且未发现腐蚀坑洞。
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