论文部分内容阅读
作为一种可降解医用金属材料，镁合金具有许多优于现有医用金属材料的性能。然而，镁合金的耐蚀性较差，严重阻碍了其进一步应用。本文针对镁合金耐腐蚀性差的问题，在Na2SiO3和Na3PO4双电解液体系中，采用微弧氧化技术在AZ31B镁合金表面原位生长陶瓷层，考察了电解液中分别添加纳米TiO2粉体、纳米ZrO2粉体、钛溶胶、锆溶胶等四种不同添加剂对微弧氧化膜微观形貌、元素分布、相组成以及耐蚀性的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等研究了膜层表面及截面显微形貌、元素分布、相组成等微观组织;利用PARSTAT2273综合电化学工作站和点滴腐蚀实验研究膜层耐蚀性能。结果表明:
纳米TiO2、ZrO2粉体的加入，均使得微弧氧化膜层表面孔隙率和孔洞平均尺寸出现先增大后降低、最后再次增大的趋势，电解液中添加7g/LTiO2和4g/LZrO2制备的微弧氧化膜具有最小的孔隙率和孔洞平均尺寸。微弧氧化膜主要由方镁石型MgO和MgSiO3组成，并分别含有少量金红石型TiO2相和单斜型m-ZrO2相。陶瓷层厚度随着纳米粉体添加量的增大也呈现增大趋势。电解液中添加7g/LTiO2和4g/LZrO2制备的镁合金微弧氧化试样具有最正的腐蚀电位和最小的腐蚀电流，腐蚀电流与传统微弧氧化试样相比，降低了1～2个数量级，点腐蚀时间达到最长。
钛溶胶和锆溶胶的加入使得微弧氧化膜表面孔隙率和孔洞平均尺寸降低，但添加6vol％钛溶胶制备的微弧氧化膜存在反常的孔隙率和孔洞平均尺寸。微弧氧化膜主要由MgO和MgSiO3组成，并分别含有少量金红石型TiO2相和ZrO2相，其中ZrO2相包括单斜型m-ZrO2相和四方型t-ZrO2相。通过试样截面显微形貌图和线扫描能谱分析，可知陶瓷层厚度随着溶胶浓度的增大而逐渐增加。根据电化学测试和点滴腐蚀实验，电解液中添加3vol％钛溶胶和2vol％锆溶胶制备的镁合金微弧氧化试样具有最佳的耐蚀性能。
循环模拟胃液(SGF)浸泡实验表明，五种试样在SGF浸泡下具有不同的腐蚀速率。传统微弧氧化试样和纳米ZrO2改性微弧氧化试样在浸泡5d后膜层出现蚀坑，传统微弧氧化试样具有较深的蚀坑;钛溶胶改性微弧氧化试样和锆溶胶改性微弧氧化试样在浸泡9d后膜层出现剥落现象，钛溶胶改性微弧氧化试样表面出现凹坑，腐蚀降解速率较大;纳米TiO2改性微弧氧化试样在浸泡9d后表面并未出现膜层剥落现象，降解速率较小。
结合电化学测试和点滴腐蚀实验结果，可以发现试样耐蚀性强弱顺序依次为纳米TiO2改性微弧氧化试样、锆溶胶改性微弧氧化试样、钛溶胶改性微弧氧化试样、纳米ZrO2改性微弧氧化试样、传统微弧氧化试样。浸泡实验中，试样表面均沉积有Ca、P化合物，其中纳米TiO2改性微弧氧化试样和钛溶胶改性微弧氧化试样具有较高的沉积量，即含有TiO2相的膜层具有较好的生物相容性。