[发明专利]一种直接在镁合金表面制备Ca/P生物医用陶瓷膜的方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种镁合金表面处理方法，具体地说是利用微弧氧化技术直接在镁合金表面制备生物医用陶瓷膜的处理方法。

背景技术：镁及镁合金基生物材料是最有可能成为下一代金属基人体植入材料。镁及镁合金作为硬组织植入材料，有很多优于其他金属生物材料的性能。例如，(1) 镁资源丰富，价格低廉；(2) 镁合金的密度(1.74g/cm³)与人骨的密度(1.75g/cm³)极为相近，比铝轻25%左右，远低于Ti₆Al₄V的密度(4.47g/cm³)；(3) 镁合金有很高的的比强度和比刚度，且加工性能良好，纯镁的比强度133GPa/(g/cm³)，而超高强度镁合金的比强度480GPa/(g/cm³)比Ti₆Al₄V的260GPa/(g/cm³)还高近一倍；(4) 当将金属材料植入人体时，因两种材料弹性模量不匹配产生的应力遮挡效应是影响骨生长的负面因素之一，应用镁合金可有效地缓解这种应力遮挡效应 ；(5) 镁是人体内仅次于钾的细胞内正离子，它参与细胞内一系列的新陈代谢活动，包括骨细胞的形成，加速骨细胞愈合能力等。镁还与神经、肌肉及心脏功能关系密切。用镁及镁合金作硬组织植入材料，不但不用考虑微量金属离子对细胞的毒性，而且植入材料中的镁离子对人体的微量释放还是有益的。由此可见镁合金在医学上的应用优于其他金属材料。

但镁合金耐蚀性差，使镁及镁合金作为生物医用材料的应用潜力和其现实性之间存在很大的差距，极大地限制了其在生物医学方面的应用，而人体的生理环境又是对植入材料要求苛刻的腐蚀环境，因此，为了更好地发挥镁合金的优越性能，使其得到更加广泛的应用，必须对其表面进行处理。目前，对镁合金表面处理的主要方法有：化学转化、激光表面改性、物理气相沉积，电化学表面改性等。这些方法虽然可以有效克服镁合金耐蚀、耐磨性差的缺点，但考虑到最终表面处理过的镁合金作为植入材料，除了具有良好的耐蚀、耐磨性外，还必须保证涂层的无毒性，所以上述方法多不可行。根据有关资料报道采用传统高温涂覆技术可在钛镍合金表面制备含Ca/P的生物陶瓷膜，但易引起基体相变和脆裂，而且难以在形状复杂的合金基体表面制备的缺陷，仍存在膜层与基体结合强度低的问题。

近年来在阳极氧化技术基础上发展起来的微弧氧化技术可用于镁合金表面改性。但已有的关于镁合金表面微弧氧化陶瓷膜的制备技术主要还是应用于工业生产，例如上海金属腐蚀与防护技术有限公司申请的中国专利号02111521.4的“镁合金表面复合陶瓷质膜和生成方法”就是利用微弧氧化技术对镁合金表面进行改性，他们利用含有硅酸乙脂、氟硅酸铝、氟硅酸钠或者氟硅酸钾等物质的电解液在镁合金表面生成了含有硅和氟的陶瓷层，有效地提高了镁合金的耐蚀性和耐磨性，但此复合膜层中含有的氟和硅是对人体有害的物质，根本不能作为生物陶瓷膜使用。

发明内容：本发明的任务是提供一种直接在镁合金表面制备Ca/P生物医用陶瓷膜的方法。目的在于解决现有镁合金表面处理膜层中含有毒有害物质，以及传统高温涂覆技术制备含Ca/P的生物陶瓷膜易引起基体相变和脆裂，难以在形状复杂的合金基体表面制备，和膜层与基体结合强度低的问题。

本发明的直接在镁合金表面制备Ca/P生物医用陶瓷膜的方法是由前处理、微弧氧化工艺步骤组成。其中所述微弧氧化是以去离子水为溶剂，偏铝酸钠10~30g/L、氢氧化钾1~5g/L、磷酸氢二钠或次亚磷酸钠或六偏磷酸钠的一种1~5g/L、EDTA-Ca 1~10g/L组成电解液，并在正向脉冲电流密度为15~45mA/cm²，正向工作比为15~45%，负向脉冲电流密度为5~15mA/cm²，负向工作比为15~45%，脉冲频率为60~200Hz的恒电流模式下进行。

所述微弧氧化时间为5~20min。

所述恒电流模式下进行微弧氧化，即在微弧氧化过程中电流由小变大，至调整值时恒定不变。