[发明专利]镁及镁合金表面具有插层结构的Mg(OH)2/Mg-Sn类水滑石复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种镁及镁合金表面具有插层结构的Mg(OH)₂/Mg‑Sn类水滑石复合膜及其制备方法，涉及镁及镁合金表面技术领域，其目的是提高镁及镁合金的耐蚀性，拓宽生物医用等领域的应用前景。制备方法包括以下步骤：S1、对镁及镁合金进行预处理；S2、前处理，配制Sn⁴⁺盐溶液，调节pH至4.0，制得前处理溶液，将镁及镁合金置于持续通入CO₂的前处理溶液，获得前驱体膜；S3、后处理，将覆有前驱体膜的镁及镁合金浸泡在Na₂CO₃溶液中，镁及镁合金表面生长Mg(OH)₂/Mg‑Sn类水滑石复合膜；S4、后续清洗。本发明采用两步法在镁及镁合金表面原位生成不含铝、具有生物安全性的Mg(OH)₂/Mg‑Sn类水滑石复合膜，提高镁及镁合金的耐蚀性，拓宽类水滑石膜在生物镁合金表面防护的应用。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种镁及镁合金表面原位生长具有插层结构的Mg(OH)₂/Mg-Sn类水滑石复合膜的制备方法。

背景技术

镁是人体必需的常量元素，其密度和弹性模量与人骨骼相近，且具有比强度高、生物相容性好、可生物降解的特点，能够有效避免“应力遮挡”效应和二次手术给患者带来的痛苦和经济负担，有望替代传统的生物惰性材料，成为新一代可降解骨科植入材料，被誉为“革命性的金属生物材料”。由于镁及镁合金化学性质较活泼，在体液环境中极易被腐蚀降解，腐蚀产物疏松多孔无法对镁及镁合金有效防护；镁及镁合金植入体的过早失效，将会使骨骼愈合失败，进而达不到临床治疗的要求。

化学转化处理是将镁合金浸入某种特定溶液中使其表面发生化学反应，形成一层难溶化合物膜层，膜层作为屏障层，保护基体不受腐蚀性介质的影响。其实质在于在镁及镁合金表面反应生成一层致密、均匀的腐蚀产物屏障层。Mg(OH)₂是镁及镁合金典型的腐蚀产物，体液环境中无法形成高度晶化、致密的膜层结构，而化学转化处理大多数围绕着Mg(OH)₂的膜层复合、结构优化，进而将腐蚀产物致密化，对镁及镁合金提供有效的防护。传统的化学转化处理废液中存在重金属离子、磷酸根、氟离子等污染环境的物质，转化膜层中所携带的这些离子进入人体后将对健康造成致命性伤害。因此，采用环境友好且具有人体安全性和良好生物耐蚀性的新型表面防护方法，改善生物镁合金的耐蚀性能和均匀腐蚀方式，是推动生物镁合金临床应用的关键，具有重要的理论意义和工程价值。

基于CO₂的水溶特性在镁合金表面通过原位化学反应形成水滑石膜 (LayeredDouble Hydroxides，LDH)的制备工艺清洁、环保。水滑石插层结构与水镁石Mg(OH)₂结构相同，在层状结构主体中引入部分+3价或+4价离子替代Mg(OH)₂的Mg²⁺，在层间引入CO₃^2-以保持整个体系电荷平衡，进而获得结构稳定的膜层。水滑石层间阴离子的种类在较宽范围内可调变，环境中的腐蚀性阴离子能与层间阴离子交换而被截留在水滑石层间，避免了与基体直接接触，从而起到减缓腐蚀的效果，加上其表面的疏水性等特性使其在腐蚀领域具有潜在的应用前景。

中国专利文献CN 201110057831公开了一种镁合金表面原位生长Mg-Al 水滑石膜的成膜溶液及其应用，但Mg-Al水滑石膜含有细胞毒性元素—铝。铝在人体内蓄积并产生慢性毒性(包括神经毒性、骨骼毒性等)，具有导致老年痴呆症的风险。同时铝不仅阻止骨的钙化，也抑制骨的形成，产生铝致骨软化。因此，镁铝水滑石膜不适合医用镁合金的表面改性。