[发明专利]一种高强高塑镁基非晶合金复合材料表面耐蚀微弧氧化膜层的制备方法

说明书

本发明提供了一种高强高塑镁基非晶合金复合材料表面耐蚀微弧氧化膜层的制备方法，以制备的Mg‑Zn‑Ca‑Fe‑Si非晶合金复合材料为阳极，不锈钢电解槽为阴极，采用双脉冲电源在含硅酸盐的弱碱性电解液中对试样进行微弧氧化表面改性处理。本发明获得的微弧氧化膜厚度均匀、与基体结合性好；测试结果显示：经过微弧氧化处理后，试样在模拟体液中的耐蚀性明显改善，其腐蚀电流密度较基体下降三个数量级；试样的断裂强度为相同体系晶态镁合金材料的2～3倍，并且拥有良好的变形能力，塑性应变量为7％～12％，与传统变形镁合金ZK60相当。本发明克服传统镁合金强度不高、耐蚀性差，而新型镁基非晶合金室温脆性大等不足，适用于高性能生物可降解镁合金的开发和批量生产。

技术领域

本发明涉及生物医用可降解镁合金表面处理技术领域，尤其涉及一种高强高塑镁基非晶合金复合材料表面耐蚀微弧氧化膜层的制备方法。

背景技术

近年来，以镁合金为主要代表的具有生物可降解特性的新一代医用金属材料的研究发展迅速，受到了人们的特别关注。与传统医用金属材料相比，镁合金具有诸多优势，包括良好的生物相容性和可降解性、与人骨接近的密度和弹性模量以及没有炎症反应等。但是镁合金在体内降解速度过快，在组织还没有愈合的时候，其已经失去了固有的力学性能，不能对损伤组织形成很好的固定和保护；另外，由于降解速度过快，降解产物H₂会集聚在植入体/骨组织界面周围形成气囊，延迟伤口的愈合。因此，在提高镁合金力学性能的同时，降低镁合金在体液中的腐蚀降解速率成为其作为医用植入体材料的关键。

目前，镁合金耐腐蚀能力的改善通常采取两条技术路线，即提高基体材料的耐腐蚀性能和进行表面改性处理。提高基体材料耐蚀性能可以从三方面入手：1)制备高纯镁合金；2)合金化。虽然这两种方法在一定程度上可以缓解镁合金的腐蚀速率，但是对镁合金的强度耐蚀性没有突破性的提高。3)开发块体镁基非晶合金材料。非晶合金由于其长程无序的原子结构特点使其表现出一系列优于晶态合金的优点，如高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性能以及耐磨性能。另外，老人或者骨质疏松病人的康复周期比较长，作为植入体材料它们的高强度可以满足长期服役而不过早失效。镁基非晶合金表现出的高强度、良好耐腐蚀性以及生物相容性使其具有美好的应用前景，但是它们严重的室温脆性对于临床实际应用的需要而言仍是一个棘手的问题。

公开号为CN104018100B的专利说明书中公开了一种生物医用可降解镁基块体非晶合金及其制备方法，采用该方法制备的镁基块体非晶合金虽然强度高、生物相容性好，但是脆性很大，不利于其作为植入体材料在体内服役。减少镁合金腐蚀速率的另外一个技术路线是表面处理，在镁合金基体表面生成保护涂层。已发展的镁合金表面改性的方法有化学转膜、碱热处理、离子注入和微弧氧化等。其中，微弧氧化技术可以在生物医用合金基体上制备出结合力强、耐蚀性好、生物相容性和生物活性优良的涂层。目前，已有报道利用微弧氧化工艺对生物可降解镁合金进行表面改性，但是这类研究基本上还是集中在传统晶态合金材料上。

公开号为CN105862107B的专利说明书中公开了在镁合金微弧氧化涂层上制备复合生物涂层的方法，采用该方法处理后的试样较基体AZ91D镁合金的耐蚀性明显改善，但是抗拉强度偏低(～300MPa)，同样不利于在体内长期服役。

综上所述，传统生物可降解镁合金强度不高、耐蚀性差，而新型镁基非晶合金虽然强度高、耐蚀性好，但是室温脆性大，故本发明提出利用微弧氧化工艺在高强高塑镁基非晶合金复合材料表面制得耐蚀膜层，从而将复合材料优异的综合力学性能和膜层良好的耐蚀性结合在一起，延长其在人体内的服役时间。

发明内容

本发明的目的在于克服传统镁合金强度不高、耐蚀性差，而新型镁基非晶合金室温脆性大等不足，故提出利用微弧氧化工艺在高强高塑镁基非晶合金复合材料表面制备出耐蚀膜层，从而将复合材料优异的综合力学性能和膜层良好的耐蚀性结合在一起。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：