[发明专利]一种延缓生物医用镁合金降解速率的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种延缓生物医用镁合金降解速率的表面改性方法，属于金属表面改性技术领域。

背景技术

由于镁合金优异的生物相容性，及其弹性模量等综合力学性能与人体骨骼接近，因此镁合金在生物医学等领域受到人们越来越多的关注。但是镁合金化学活性高，极易在生理环境中快速降解，这严重地阻碍了其在生物医学领域中的发展与应用。因此，有效控制镁合金的降解速率对扩大镁合金医学应用具有重要作用。

常见的镁合金表面改性技术主要有合金化、化学转化、气相沉积、阳极氧化、电镀、激光表面处理及离子注入等，其中，合金化是目前改善镁合金降解行为的主要措施，但合金化过程中需要消耗不少的稀土金属。离子注入是改善金属耐磨、耐蚀及抗氧化等表面性能的重要手段，该工艺耗材量小，工艺过程不受常规热力学条件限制，可精确控制注入元素的剂量和能量，且注后的部件尺寸基本不发生变化，改性层也不存在突变界面和膜层脱落问题。

经现有的技术文献检索发现，尽管用于镁合金改性的注入元素已有很多种，如Al、Ti、Ta、Ce、Zr等，而有关Gd、Nd等稀土元素离子注入镁合金的研究尚未见报道。到目前为止，国内外对镁合金共注方面的研究也大多仅限于金属-气体元素的共注研究，如Ti/N（刘洪喜,孟春蕾,林波,等.氮钛双离子注入AZ31镁合金的抗腐蚀和力学性能[J].材料热处理学报,2011,32(8):137-141）、Ti/O（Y Zhao, G.S Wu, Q.Y Lu, et al. Improved surface corrosion resistance of WE43 magnesium alloy by dual titanium and oxygen ion implantation[J].Thin Solid Films,2013,529:407- 411）等，而对于镁合金的金属-金属元素，特别是稀土金属-稀土金属元素共注的工艺研究尚未见报道。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种延缓生物医用镁合金降解速率的表面改性方法，使用该方法可以有效减缓镁合金的降解行为等，扩大镁合金的应用范围。 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种延缓生物医用镁合金降解速率的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：

离子注入：将干净的镁合金放入离子注入机腔室中，并抽至真空；离子源预热10min后，设置注入剂量并打开引出电源，调节引出电压，向其表面进行离子注入；随着注入剂量增加，注入层会逐渐增厚，至注入剂量达到饱和值，其中注入方式为：先注入钆离子后注入钕离子；钆离子注入剂量为2.5×10¹⁶~1×10¹⁷ions/cm²，钕离子注入剂量5×10¹⁶ ~1.5×10¹⁷ions/cm²。

作为优选方案，所述的一种延缓生物医用镁合金降解速率的表面改性方法，其特征在于：所述离子注入之前还包括镁合金预处理步骤：依次包括打磨、抛光、清洗和吹干；

离子注入后还包括后处理：将离子注入后的镁合金进行清洗，再吹干保存。

作为优选方案，所述的打磨是依次用280目、400目、800目和1000目的金相砂纸打磨镁合金表面，去除表面污染物；和/或，所述的抛光是用MgO作抛光剂，将其抛光至镜面；和/或，所述的清洗是在乙醇中超声清洗10min；和/或，所述的吹干是采用冷风吹干。

作为优选方案，所述的镁合金为镁铝锌系镁合金、镁锌系镁合金、稀土系镁合金中的一种。

作为优选方案，所述镁铝锌系镁合金为AZ31镁合金或AZ91镁合金；和/或，镁锌系镁合金为Mg-Zn镁合金或ZK60镁合金；和/或，稀土镁合金为Mg-2.0Nd-0.3Sr-0.4Zr镁合金。

作为优选方案，所述抽至真空为腔室的真空度≤2×10^-3Pa，和/或，所述的调节引出电压为60kV。

作为优选方案，所述的清洗是在蒸馏水中超声清洗5min，和/或，所述的吹干是采用冷风吹干。