微弧氧化MAO对镁合金性能的影响

1课题背景目前医学上应用较多的生物材料，主要有多聚体材料、陶瓷材料、金属材料等，其中多聚体材料在医学上已经得到应用，但其降解产生的酸性环境，很容易诱发炎症，同时这类材料负重能力差，不能运用到承重部位，从而限制了其应用；生物陶瓷材料虽然生物相容性很好，但其负重能力差，极脆，易碎，在骨植入器械的运用方面受到很大的制约；与多聚体材料和生物陶瓷材料相比，金属材料的负重能力强，机械强度高，断裂韧性强，其中不锈钢、钛和钴铬合金等是已经临床应用的金属材料，但是此类金属材料会在腐蚀或磨损过程中产生有毒的金属离子或金属颗粒，导致组织缺损并且降低生物相容性，对人体造成潜在的危害，同时该类材料的弹性模量和正常骨组织的弹性模量也不是十分匹配，容易引起过敏和应力遮挡效应，不利于新的骨组织的生长。不仅如此，患者伤愈后还要经过二次手术取出金属材料，承受二次痛苦以及手术费用。与已经用于临床的不锈钢、钛和钴铬合金等金属材料相比，生物镁合金具有 特 殊 的 优 势 ： (1)镁 及 镁 合 金 的 密 度 约 为 174 g/cm ３， 与 人 体 密 质 骨 密 度(175g/cm 3)相当，杨氏模量为 41~45GPa，接近人骨的弹性模量 (20GPa)，可以有效的减弱其它金属骨植入材料植入中存在的应力遮挡效应； (2)镁是人体新陈代谢和骨组织中的基本元素，具有更好的生物相容性，镁是人体内合成卵磷脂酶的激活剂，在成人体内，镁含量约为 20g-30g，其中 70 %以上以磷酸盐形式参与骨骼与牙齿的组成，一般成人镁的日需量为 200mg-300mg。 (3)镁化学性质活泼，标准电极电位为 -273V。因镁及镁合金具有非常低的平衡电极电位，因此在含有 Cl -离子的溶液中极易被腐蚀而降解，作为植入材料，可以避免二次手术。镁合金作为骨内植入材料，生物相容性较高，可以加快骨组织的愈合能力；作为心血管支架材料的话，可以减少血管内增生、晚期血栓等问题 ,被誉为“革命性的金属生物材料”。然而，镁合金作为生物医用植入材料，腐蚀速率过快，易造成氢气聚集导致植入部位的炎性反应，同时也会造成镁合金植入体过早的失去其固有的力学性能，达不到服役时间要求。这成为制约镁合金发展的障碍，开发行之有效的提高镁合金耐蚀性的方法，并掌握镁合金腐蚀机理机制，是生物医用镁合金材料亟待解决的问题。2镁合金的微弧氧化技术 微弧氧化技术 (MAO)又称微等离子体氧化或阳极火化沉积，是近年来兴起的一种表面处理新技术。它采用较高的能量密度，将阳极氧化工作区从法拉第区引入 到 高压 放电区，通过 电 化 学 、热化 学 及 等 离 子 体 化 学 等 的共同 作 用 ， 在Al、 Mg、 Ti、 Nd等有色金属表面原位形成陶瓷质氧化膜。微弧氧化是阳极氧化技术的发展，其实质仍是较高电压下的阳极氧化，但其成膜过程涉及电化学、热化学及等离子体化学等的共同作用，成膜机理更趋复杂。微弧氧化在阳极区产生微弧放电，火化存在时间为 1～ 2s，火化放电使阳极金属表面局部温度升高，微区温度一般高于 1000℃，从而使阳极氧化物熔覆在金属表面，形成陶瓷质的阳极氧化膜，大大提高了阳极氧化膜的硬度、致密性和耐蚀性。3主要研究内容为了研究 镁 合金微弧氧化膜层的组织结构及腐蚀行为。，通过微弧氧化工