[发明专利]聚吡咯磷酸钙/氧化镁生物陶瓷涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金表面陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

目前临床应用骨固定材料，如广泛应用于骨板、骨钉的生物医用材料主要是钛及钛合金、不锈钢等，但是由于其较差的生物降解性能而导致其机械性能与人骨组织不相匹配，会产生应力遮挡效应而需要进行二次手术来取出未降解的种植体。镁及镁合金密度和杨氏模量与人体骨接近，具有良好的力学性能及生物降解性。但是，由于其具有很高的腐蚀速率限制了镁及其镁合金的临床应用。近年来，多种表面处理技术如碱热处理、涂层转换技术、氧化涂层技术、微弧氧化及电沉积等技术的出现，使得作为骨固定材料的镁及镁合金得到了广泛的研究。在生物涂层制备过程中，主要存在以下两大问题：

1)高温沉积生物活性元素，易导致羟基磷灰石(HA)分解、非晶化、易溶解、结合强度低，涂层出现裂纹，涂层内应力过高等问题。

2)低温沉积时存在着界面结合强度较低；涂层厚度过薄等问题。

因此需要发展新的生物材料表面处理技术，微弧氧化技术因其属于绿色环保型表面改性技术的特点，最重要的是通过其放电击穿效应及在有色金属表面原位高温烧结作用，可在基体金属表面形成底层致密表面多孔的生物涂层。该技术的出现使得作为骨固定材料的镁及镁合金在种植初期具有较慢的腐蚀速率，能够为骨组织提供良好的机械性能。但是，在骨愈合的后期，表面处理的镁及其镁合金的降解速率过快。

发明内容

本发明要解决作为骨固定材料的表面处理镁及镁合金在骨愈合的后期降解速率过快的技术问题，而提供聚吡咯磷酸钙/氧化镁生物陶瓷涂层及其制备方法。

聚吡咯磷酸钙/氧化镁生物陶瓷涂层是Mg-Zn-Zr-Ca合金依次经砂纸打磨、微弧氧化及电化学沉积处理制成的，微弧氧化处理所用微弧氧化电解液是CaH₂PO₄和NaOH按照1∶1～4的摩尔比配置的，微弧氧化电解液中CaH₂PO₄的浓度0.05～0.08mol/L，微弧氧化电解液的溶剂是蒸馏水；电化学沉积处理所用电解液由Ca(NO₃)₂、NH₄H₂PO₄、吡咯和蒸馏水组成，电解液中Ca(NO₃)₂的浓度为0.042～0.21mol/L，NH₄H₂PO₄的浓度为0.025～0.125mol/L，吡咯的浓度为0.01～0.05mol/L。

聚吡咯磷酸钙/氧化镁生物陶瓷涂层的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、以Mg-Zn-Zr-Ca合金为基材，依次用500目、800目、1000目和1200目砂纸打磨，然后依次用丙酮、无水乙醇及蒸馏水在超声波环境下清洗；

步骤二、将CaH₂PO₄和NaOH按照1∶1～4的摩尔比配置微弧氧化电解液，微弧氧化电解液中CaH₂PO₄的浓度0.05～0.08mol/L，微弧氧化电解液的溶剂是蒸馏水；

步骤三、将步骤一处理的基材放入步骤二配制的微弧氧化电解液中，然后在占空比为10％～30％、电极间距为40mm、电压为200V～450V及电解液温度20～40℃条件下进行微弧氧化处理2min～10min；

步骤四、将经步骤三处理的基材放入到电解液中，然后在脉冲电流密度为10～40mA/cm²，占空比为50％～80％，电极间距为10mm及电解液温度为40℃条件下进行电化学沉积10～60min；即得到聚吡咯磷酸钙/氧化镁生物陶瓷涂层；步骤四所述电解液由Ca(NO₃)₂、NH₄H₂PO₄、吡咯和蒸馏水组成，电解液中Ca(NO₃)₂的浓度为0.042～0.21mol/L，NH₄H₂PO₄的浓度为0.025～0.125mol/L，吡咯的浓度为0.01～0.05mol/L。

本发明方法步骤三还可以在超声波辅助下进行微弧氧化处理，超声波的工作频率为40KHz，超声波的功率为400～800W。