镁合金生物材料由于降解速率太快而限制了其在临床上的应用。羟基磷灰石(HAP,Ca10(PO4)6(OH)2)是理想的生物医用材料具有生物活性、生物相容性、骨传导性和骨诱导性。因此将镁合金与HAP相结合,既能控制镁合金的降解速率,保持了材料整体的力学强度,又改善了镁合金表面的组织相容性。本文采用表面机械研磨处理(SMAT)作为对AZ31镁合金的前处理,磷酸二氢铵、硝酸钙和硝酸为电解液,用电化学沉积技术在AZ31镁合金表面制备了HAP生物活性膜层。通过X射线衍射(XRD)、3D光学轮廓仪、扫描电镜(SEM)等对样品的物相、表面形貌、表面粗糙度、界面特征进行了表征,用显微维氏硬度仪、静应力应变测试、电化学测试、体外浸泡实验等对样品的表面硬度,抗腐蚀性能和生物活性等性能进行了研究和讨论。主要得出以下结论:1.电化学沉积首先在基体表面得到HAP的前驱体为磷酸钙(Ca3(PO4)2)和二水磷酸氢钙(CaHPO4·2H2O),然后碱热处理后形成HAP膜层。AZ31镁合金表面经SMAT处理能提高HAP的结晶性,这是因为经过SMAT处理的AZ31镁合金,在电化学沉积过程中提供了更多的离子结合点,有利于HAP前驱体的形核,增加了其形核率。2.AZ31镁合金未经SMAT处理样品HAP膜主要是长细针状晶体构成的花簇状结构,膜层厚度约为25μm,膜层与基体间结合不紧密;SMAT处理后的样品表面粗糙度明显增大,HAP膜层的厚度为40μm,为片状多孔结构,膜层和基体之间没有明显间隙。胶带法附着力测试实验中,AZ31镁合金未经SMAT处理样品HAP膜层有大面积的剥落,主要是膜层与基体间的附着失效,AZ31SMAT处理后的样品中膜层剥落则主要是刀划刻部分,表现为膜层分子之间的结合失效。说明SMAT处理后的基体和HAP膜层之间有更好的结合强度。3.电化学测试结果表明,SMAT处理后沉积HAP的样品相比未处理沉积HAP的样品,Ecorr由-1.43 V正移至-1.35 V,Icorr降低了30.8%,电荷转移阻抗Rct值高出500Ω·cm2。SMAT处理后样品的HAP膜层增厚,结合强度增大,对腐蚀介质的渗入起到了很好的阻挡作用,使得HAP样品的抗腐蚀能力提高。4.未处理的AZ31镁合金表面的接触角为117.8°,SMAT处理使得镁合金接触角降低到了SMAT处理90min样品的68.5°,说明SMAT处理使样品表面更容易被溶液浸润,有利于后续离子的附着。AZ31SMAT处理后HAP样品的接触角较AZ31SMAT处理前HAP样品有所降低,亲水性提高,从而有利于早期细胞和组织的长入。5.样品在模拟体液中浸泡实验表明,SMAT处理后样品可以有效诱导钙磷矿物质形核,表现出更好的生物活性。浸泡初期,膜层的溶解占主导地位,后期,则以钙磷元素在样品表面的沉积为主,整个浸泡过程,未SMAT处理HAP样品的析氢量要远大于SMAT处理后HAP样品的析氢量。AZ31镁合金未经SMAT处理的HAP样品在初期浸泡中表面出现了很多孔洞,后期样品表面膜层出现了剥落现象并且受到了严重的侵蚀,膜层几乎没有完整的部分存在。而SMAT处理后的HAP样品只是部分溶解到了模拟体液中,其它膜层部分仍保持完整状态。说明SMAT处理后HAP样品在模拟体液中的降解速率降低,稳定性提高,作为植入体能够较长时间保持力学性能不被破坏。