镁合金表面生物复合涂层制备及性能研究

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通过微弧氧化技术对AZ91D镁合金进行表面改性处理,在其表面预制了一层含有Ca、P元素的涂层。然后利用电化学沉积技术在微弧氧化涂层表面沉积羟基磷灰石生物涂层。借助XRD、SEM、EDS及测厚仪观察分析涂层的相成分、形貌、元素含量及厚度。利用电化学工作站和电子分析天平研究涂层在模拟体液中的耐腐蚀性能和降解性能。最后采用INSTRON拉伸疲劳试验机研究涂层试样在模拟体液浸泡后的力学性能。实验主要结果如下:1、镁合金微弧氧化涂层主要由MgO和Mg2SiO4相组成,涂层为粗糙多孔状形貌,可分为疏松层和致密层两层结构,疏松层缺陷多,致密层缺陷少。电化学沉积涂层的主要成分为羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA),涂层表面主要由片状羟基磷灰石组成。2、葡萄糖酸钙浓度、频率、占空比对微弧氧化涂层厚度影响不大,但可以影响涂层的表面形貌及在模拟体液中的耐腐蚀性能。当葡萄糖酸钙含量为4 g/l,频率为600 HZ及占空比为15%时,制备的微弧氧化涂层综合性能较好。电化学沉积涂层中羟基磷灰石的结构和形貌受到沉积电压和沉积时间的影响。随着沉积电压升高,羟基磷灰石结构逐渐致密,形貌由片状转变成针状。沉积时间延长可增加沉积厚度和质量,减少体系电流密度,增加片状羟基磷灰石数量。当沉积电压为5V和沉积时间为120 min时,电化学沉积涂层综合质量最好。3、微弧氧化涂层试样和微弧氧化/电化学沉积复合涂层试样在模拟体液中的自腐蚀电流密度分别为0.65μA/cm2和0.03μA/cm2,较镁合金自腐蚀电流密度1230μA/cm2明显降低,即涂层可以明显的提高镁合金在模拟体液中的耐腐蚀性能,同时涂层还可以降低镁合金在模拟体液中的降解量。含有Ca、P元素的微弧氧化涂层和微弧氧化/电化学沉积复合涂层都具有一定的生物活性。4、镁合金在模拟体液中浸泡后由于腐蚀严重,其抗拉强度由299MPa降低为281MPa,疲劳寿命由69026次循环减为31400次。微弧氧化/电化学沉积复合涂层较微弧氧化涂层更能有效阻碍腐蚀介质的侵入,使得镁合金在模拟体液中依旧保持其原有的力学性能。
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