[发明专利]镁基表面含碳纳米管-羟基磷灰石的改性涂层及制备方法

说明书

本发明属于生物医用金属材料技术领域，具体涉及一种镁基表面含碳纳米管‑羟基磷灰石的改性涂层及其制备方法，其是采用微弧氧化和电泳沉积一步法，直接在镁合金表面沉积含有碳纳米管‑羟基磷灰石的原位封孔涂层；所述涂层的厚度为0.1~20μm，其所含成分包括氧化镁、磷酸镁、碳纳米管和羟基磷灰石。本发明采用微弧氧化和电泳沉积一步法原位封孔，其制备工艺简便，缩短了涂层制备的工序步骤，节约了制备涂层所需的时间和原料，且制得的涂层具有致密、低空隙率、高耐蚀性、良好的耐磨性和生物相容性的特点，具有产业化推广前景。

技术领域

本发明属于生物医用金属材料技术领域，具体涉及一种镁基表面含碳纳米管-羟基磷灰石的改性涂层及其制备方法。

背景技术

可降解吸收的生物材料是当前生物材料领域的国际研究前沿和热点。镁及镁合金作为一种体内可降解的金属材料，它的组织韧性比陶瓷生物材料好，弹性模量和抗压强度也比其他金属植入材料更接近人骨，可以避免金属植入人体后因材料的弹性模量不匹配产生的应力屏蔽现象。同时，镁及镁合金的密度约为1.7 g/cm³，与人体致密骨的密度1.75 g/cm³最为接近，远低于Ti₆Al₄V的密度4.47 g/cm³。另外，镁元素本身就是人体所必需的元素，其能够加速骨细胞的形成及愈合等，镁元素还与神经、肌肉和心脏关系密切。但是镁及其合金的耐蚀性较差，特别是在pH值低于11. 5及Cl^-存在的生理环境中腐蚀速率更快，这限制了镁合金的临床应用。

表面改性是有效控制镁合金的降解速率、改善生物相容性的一条重要途径。目前制备镁合金生物活性涂层的方法很多，有等离子喷涂、电化学沉积法、溶胶凝胶法、仿生生长法，微弧氧化法等，其中等离子喷涂以后得到的涂层中大部分羟基磷灰石已经分解，大大降低了其生物活性和生物相容性，同时涂层与基体间具有较大的残余应力；而电化学沉积法、溶胶凝胶法、仿生生长法得到的羟基磷灰石涂层和基体镁合金的结合强度较低，在植入过程中容易出现脱落等问题；微弧氧化法可以获得结合强度较高的氧化层，但是微弧氧化涂层具有多孔的性质，需要进行封孔工序来提高耐腐蚀性。一些学者开始对制备羟基磷灰石复合涂层进行研究，主要是通过在羟基磷灰石涂层中加入Ti、Al₂O₃和ZrO₂等增强离子，以提高涂层与基体的结合力，或在基体与羟基磷灰石之间引入一个过渡层，如将羟基磷灰石涂层与微弧氧化涂层复合以提高结合强度。但由于这些涂层成分多为无机涂层，硬度和脆性较大，在植入体内后容易与人体接触部分发生颗粒磨损，而这些微磨粒将加剧植入材料和人体组织的磨损，同时由于各种陶瓷粒子的加入使涂层的生物活性和相容性降低，因此这些改性方法的总体效果并不明显。

碳纳米管是一种性能优异的结构材料，具有良好的力学稳定性，而且具有极小的尺度和优异的力学性能，其强度约为钢的100倍，被广泛用作增强和增韧材料。通过在镁合金生物材料表面负载含碳纳米管改性的生物涂层，将有利于提高现有复合涂层结合强度可提高现有复合涂层结合强度、并改善涂层较脆，耐磨性较差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁基表面含碳纳米管-羟基磷灰石的改性涂层及其制备方法，

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镁基表面含碳纳米管-羟基磷灰石的改性涂层，是采用微弧氧化和电泳沉积一步法，直接在镁合金表面沉积含有碳纳米管-羟基磷灰石的原位封孔涂层；所述涂层的厚度为0.1~20μm，其所含成分包括氧化镁、磷酸镁、碳纳米管和羟基磷灰石。

所述镁基表面含碳纳米管-羟基磷灰石的改性涂层的制备方法包括以下步骤：