【摘 要】
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镁及其合金由于其可降解性和生物安全性,作为生物医用可降解材料在骨科、心血管支架等方面中具有很好的应用前景。但是,其在生理环境中的腐蚀速率过快,无法满足临床中的要求。因此,改善镁及其合金的耐腐蚀性能对其具有重要意义。化学转化法简单有效,生成的转化膜成分可控,可以同时具备耐腐蚀性和生物相容性,是提高镁合金耐腐蚀性能的一种有效方法。植酸是一种对人体无害的天然有机物。氟元素能够促进人体内骨生长。膜层中含有
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镁及其合金由于其可降解性和生物安全性,作为生物医用可降解材料在骨科、心血管支架等方面中具有很好的应用前景。但是,其在生理环境中的腐蚀速率过快,无法满足临床中的要求。因此,改善镁及其合金的耐腐蚀性能对其具有重要意义。化学转化法简单有效,生成的转化膜成分可控,可以同时具备耐腐蚀性和生物相容性,是提高镁合金耐腐蚀性能的一种有效方法。植酸是一种对人体无害的天然有机物。氟元素能够促进人体内骨生长。膜层中含有氟可以促进植入材料周围成骨。但是,镁合金表面形成的单一转化膜存在膜层较薄、孔隙率高、有显微裂纹等缺陷,保护效果有限。因此,本文在氟转化处理的基础上,通过植酸转化处理在AZ80镁合金表面制备了一种新型绿色的氟化镁/植酸复合膜层。对比研究了不同膜层的形貌、组成成分、成膜过程及其在Hank’s模拟体液中的耐腐蚀性能,讨论了其腐蚀过程及机理。结论如下:微观组织分析结果表明,基体表面制备的复合膜层结构更加均匀致密,且内外膜层之间连续性良好。采用氟化镁作为中间膜层,对植酸外层起到了密封显微裂纹的作用;与单一膜层相比,复合膜层厚度增加,约为2.8-3.0μm;在成膜过程中,氟化镁中间层的形成使基体在植酸转化液中发生均匀降解,同时,氟转化层的溶解促进了植酸的螯合,提高了复合膜层的致密性,膜层整体质量较好。电化学测试结果表明,复合膜层试样的腐蚀电位(-1.267V)最大,腐蚀电流密度(7.121×10-7A/cm~2)最小。相比于AZ80裸样、单一氟化镁和单一植酸膜层试样,腐蚀电位分别提高了333mV、129mV和222mV,腐蚀电流密度分别降低了1-2个数量级;复合膜层的膜层电阻和阻抗模量增加,且在Hank’s模拟体液中浸泡120h后测得的复合膜层试样的极化阻值(8290Ω·cm~2)仍远大于浸泡前AZ80裸样(3382Ω·cm~2)的极化阻值,改善了单一膜层的耐腐蚀性能,显著降低了基体在Hank’s模拟体液中的腐蚀速率。浸泡实验表明,在Hank’s模拟体液中浸泡120h的整个过程中,复合膜层有效减缓了基体在浸泡初期的腐蚀速率。浸泡120h后,复合膜层试样的析氢量(3.48±0.11m L)、失重速率(0.34±0.02mg·cm-2·d-1)和腐蚀速率(0.72±0.02mm·y-1)最小,腐蚀速率(CRw)分别降低了约51%、15%和22%;复合膜层的腐蚀抑制率更高,耐腐蚀性能更好。在Hank’s模拟体液中浸泡120h的腐蚀形貌表明,复合膜层试样表面的腐蚀面积较小,腐蚀腐蚀程度较轻;截面腐蚀形貌表明,复合膜层试样表面形成的腐蚀产物层结构均匀且较薄,基体的腐蚀速率降低,局部腐蚀得到了明显的改善。
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