添加纳米SiO2/TiO2粒子超声微弧氧化生物涂层的研究

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纯镁及镁合金具有一定的生物活性和可降解性,有可能成为新的骨内固定修复材料。但其在体内存在降解速度过快的问题,成为镁合金在临床应用的最大限制,镁合金表面改性是解决该问题主要方法之一。在镁合金表面制备微弧氧化涂层,可以提高其耐腐蚀性,但镁合金微弧氧化生物涂层还存在一定问题。针对上述问题,采用超声微弧氧化技术,在电解液中添加n-SiO2/n-TiO2粒子,在高温等离子体作用下,形成具有生物活性的硅酸镁、钛酸镁及纳米n-SiO2/n-TiO2粒子添充孔隙和微裂纹的涂层。后期采用硅烷化处理并且继续掺杂相应的不同浓度的纳米颗粒,填充孔隙和裂纹,进而实现涂层可控制降解,并具有良好生物活性。采用SEM、XRD分析涂层微观形貌及相成分;利用涂层测厚仪、接触角测定仪检测涂层厚度和表面接触角;通过划痕仪测定涂层结合力;采用销-盘式摩擦磨损试验仪测定涂层摩擦系数。利用动态极化曲线研究涂层耐蚀性能及耐蚀机理。通过试件在模拟体液中浸泡观察形貌变化、计算失重并分析表面成分,研究体外降解速率及生物活性。分别添加n-SiO2和n-TiO2粒子,形成了含n-SiO2和n-TiO2粒子超声微弧氧化涂层,涂层表面孔隙减小,由平均5μm孔径减小到平均3μm孔径。当n-SiO2/n-TiO2浓度分别从0g/L增大到7.5g/L和4.8g/L时,涂层厚度从10.26μm增加到13.32μm/14.16μm,表面由亲水性变为疏水性,涂层与基体结合强度从4.9N增大到7.4N/7.2N,且耐摩擦系数从1.1下降到0.6/0.4,腐蚀电位从-1.513V提高到-1.449V/-1.490V,腐蚀电流降低一个数量级。经过模拟体液浸泡,试样出现先失重后增重现象,涂层表面生成新物质类骨磷灰石。将含以上浓度涂层的试样放入掺杂不同浓度n-SiO2/n-TiO2粒子的硅烷溶液中处理,当硅烷溶液中n-SiO2/n-TiO2浓度分别为2g/L和1g/L时,腐蚀电位提高到-1.382V/-1.402V,表面呈疏水,结合强度3.6N/4.3N,耐磨系数0.4/0.3。纳米粒子添加实现了填充孔隙、调控降解速率和改善生物活性的作用。
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