[发明专利]一种改变镁基材表面应力状态的方法及其应用

说明书

本发明涉及一种改变镁基材表面应力状态的方法及其应用，它是将镁及其合金基体进行超声波微弧氧化处理，利用超声波微弧氧化的方法在镁合金表面形成氧化膜，同时改变的镁合金表面的应力状态，提高了基体表面的压应力值，实现在基材上形成保护膜的同时改变基体表面的应力状态及大小，而对镁及其合金进行表面改性处理，过程中控制超声波功率，本发明所制备的微弧氧化涂层的镁及其合金具有表面压应力的特点，制备方法超声微弧氧化操作简单可行，生产成本低，所用电解液成分简单，无毒害作用，对环境不会产生危害，本发明的制备的材料可用于汽车、航空航天以及骨组织缺损修复材料和骨组织工程用支架材料等。

技术领域

本发明涉及一种改变镁基材表面应力状态的方法及其应用，特别是通过超声波微弧氧化调控镁基体表面应力状态及其大小的方法。

背景技术

镁合金作为医用植入材料，与现在临床医用金属材料相比有如下优点：1、资源丰富，价格低廉。2、良好的生物相容性和可降解性。3、镁是人体内仅次于钾、钠的细胞正离子，参与蛋白质的合成，激活多种酶，调节神经系统的活动，保证心脏正常的收缩，而镁几乎参与人体所有的新陈代谢过程，适量的镁可以促进骨细胞的生长，加速骨的愈合。目前，镁合金在生物医用材料中应用具有局限性，主要是因为镁的化学性质活泼，其标准的电极电位为-2.37V，镁及镁合金过快的降解使得体液环境局部pH值升高，如果镁合金种植体临近的区域pH值发生改变并超过7.8将引发碱中毒，引起环境细胞死亡，另外采用镁合金制造汽车零部件具有一系列优点，如可以显著减轻车身重量、降低油耗、减少尾气排放量、提高零部件的集成度、降低零部件加工和装配成本、提高汽车设计的灵活性等，基于镁合金的应用前景，开发了改善镁合金耐蚀性的诸多方法，如化学法氟化、磷化处理等涂层转化技术、碱钝化、碱热处理、电化学沉积、等离子注入技术和微弧氧化的技术等，但化学法涂层转化技术具有污染性，而等离子喷涂和电沉积等存在涂层与基体的结合强度低、涂层形成可控性低等问题，而微弧氧化技术绿色环保、涂层和基体结合强度高，但是由于微弧氧化处理的镁合金存在微孔结构，不能完全阻挡侵蚀液的侵蚀，即镁合金腐蚀速度过快的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种改变镁基材表面应力状态的方法及其应用，它主要解决了镁的化学性质活泼，化学法涂层转化技术具有污染性，等离子喷涂和电沉积等存在涂层与基体的结合强度低，涂层形成可控性低，微弧氧化处理的镁合金存在微孔结构，不能完全阻挡侵蚀液的侵蚀，镁合金腐蚀速度过快等问题，本发明所采用的技术方案是，对镁及其合金基体进行超声波微弧氧化处理，利用超声波微弧氧化的方法在镁合金表面形成氧化膜，同时改变的镁合金表面的应力状态，提高了基体表面的压应力值，实现在基材上形成保护膜的同时改变基体表面的应力状态及大小，而对镁及其合金进行表面改性处理，过程中控制超声波功率，具体方法步骤如下：

(1)微弧氧化电解液的调配：镁合金微弧氧化电解液采用Na₂SiO₃-NaOH-甘油三种液体，Na₂SiO₃浓度为12g/L,NaOH浓度为8g/L，甘油浓度为10ml/L，电 解液配置时将Na₂SiO₃和NaOH分别溶于蒸馏水后，将NaOH水溶液倒入Na₂SiO₃水溶液中，混合均匀后再加入甘油，利用超声波震荡使甘油均匀分布Na₂SiO₃-NaOH溶液中；

(2)微弧氧化试样的制备：将的镁棒用线切割切成厚度为2mm的镁片，微弧氧化前将镁片放入丙酮液中用超声波清洗10min后，取出用无水乙醇清洗，最后置于丙酮溶液中备用；