[发明专利]镁及镁合金表面微弧氧化制备生物陶瓷膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于医用金属植入材料技术领域，具体涉及一种镁及镁合金表面微弧氧化制备生物陶瓷膜的方法。

背景技术

目前已应用于临床的医用金属植入材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，均为生物惰性材料。经过临床应用，上述医用金属材料均显现了一些弊端，如材料在体内摩擦产生磨屑及在体液环境中腐蚀产生可溶性离子。这些磨屑及可溶性离子会产生一定的生物毒性，造成局部过敏反应或者炎症，甚至导致植入失败。力学性能特别是弹性模量不能与人骨组织相匹配，这样会产生应力遮挡效应，导致愈合迟缓，甚至植入失败。此外，这些医用金属材料均为不可降解材料，对于短期植入材料，在人体自身机能恢复之后，须通过再次手术取出，增加了患者的痛苦及医疗费用负担。

基于上述原因，镁基生物医用材料的研究开发受到了人们的密切关注。与其它常用金属基生物医用材料相比，镁及镁合金具有以下主要优势：(1)镁是人体内含量最多的阳离子之一，几乎参与人体内所有的新陈代谢过程，参与蛋白质的合成，能激活体内多种酶，调节神经肌肉和中枢神经系统的活动，保障心肌正常收缩；日常生活中，男性每天应摄取2.2mmol～5.0mmol镁，女性则需3.3mmol～6.3mmol镁。(2)镁及镁合金的弹性模量约为45GPa，更接近人骨的弹性模量，能有效降低应力遮挡效应；镁与镁合金的密度约为1.7g/cm³，与人骨密度(1.75g/cm³)接近，远低于典型应用的Ti-6Al-4V的密度(4.47g/cm³)，符合理想接骨板的要求。(3)镁及镁合金具有很低的标准电极电位(-2.37V)，在含有氯离子的人体生理环境中耐蚀性更差；因而如果利用镁及镁合金的易腐蚀性，将其发展成为可降解金属植入材料，通过腐蚀逐步被机体吸收代谢，将更适合于制备短期或暂时植入器件。

目前镁及镁合金作为生物医用材料的研究与应用很有限。主要原因是由于镁及镁合金的耐蚀性较差，在有氯离子存在的腐蚀环境中腐蚀速率更快，且在周围介质的pH值低于11.5时，镁合金在人体内的腐蚀会加快。因此，提高镁合金的耐蚀性能，是镁合金作为生物材料应用的关键。

微弧氧化被认为是镁合金大幅度提高耐蚀性的先进表面处理技术。由于镁合金微弧氧化时，电解液需要对镁合金提供表面钝化条件。目前镁合金微弧氧化多采用含有大量F的电解液体系。虽然制备的微弧氧化陶瓷膜在耐蚀性、硬度、耐磨性等方面得到明显地提高，然而，与生物体相容性却不理想。因此，针对镁及镁合金的微弧氧化工艺有待进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有良好通用性的镁及镁合金表面微弧氧化制备生物陶瓷膜的方法。该方法采用微弧氧化技术在镁及镁合金基体表面制备生物陶瓷膜，陶瓷膜在基体原位生长，与基体冶金结合，能在短时间内获得生物陶瓷膜，具有成本低廉，高效节能的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种镁及镁合金表面微弧氧化制备生物陶瓷膜的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)以去离子水为溶剂配制磷酸盐与硅酸盐复合体系溶液，每升复合体系溶液中含磷酸钠5g～40g，硅酸钠2g～30g，甘油磷酸钙5g～30g，碳酸钾1g～15g，硼砂2g～8g，用氢氧化钠调节复合体系溶液的pH值为8～14，然后将复合体系溶液置于电解槽中静置24h后作为电解液；

(2)将待处理的镁或镁合金置于步骤(1)所述电解液中作为阳极，不锈钢板作为阴极，控制电解液的温度为10℃～45℃，调节微弧氧化电源脉冲频率为100Hz～2000Hz，占空比为10％～55％，在电压为250V～500V的条件下恒压处理3min～120min，即在镁或镁合金表面原位生长一层均匀致密的生物陶瓷膜。

上述步骤(2)中所述微弧氧化电源为直流脉冲电源。

上述步骤(2)中所述脉冲频率为300Hz～1000Hz。

上述步骤(2)中所述占空比为15％～30％。

上述步骤(2)中所述恒压处理的时间为5min～60min。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明使用的电解液为磷酸盐与硅酸盐复合体系溶液，电解液呈碱性，而且电解液中不含F^-及高价铬等对环境产生严重污染的金属离子，加之电解液使用寿命长，因此电解液具有长效、无毒、生态环保的优点。