[发明专利]一种水热制备镁合金表面微纳结构羟基磷灰石涂层的方法

说明书

本发明涉及一种水热制备镁合金表面微纳结构羟基磷灰石涂层的方法。首先对镁合金进行表面抛光处理：将镁合金表面打磨，然后依次在丙酮、去离子水、乙醇中超声清洗，烘干；然后将抛光处理后的镁合金浸泡在浓度为1～2mol/L的NaOH溶液中，在60～90℃的烘箱中保温，然后用去离子水清洗，烘干；最后将NaOH预处理后的镁合金试样放入盛有水热反应溶液的高压反应釜中，将反应釜放入100～140℃的烘箱中保温，降温后取出，清洗并烘干。制得微纳结构的HA涂层分为两层，上层是由纳米棒状组成的微米级花状团簇结构，通过团簇之间的空隙可以看到，下层是均匀致密的纳米棒状结构。这种涂层具有长期耐腐蚀性，具有较大的商业推广价值。

技术领域

本发明涉及一种在镁合金上制备具有微纳结构的羟基磷灰石涂层的水热方法，属于可降解镁合金植入物表面改性技术领域。

背景技术

镁合金的密度和屈服强度与天然骨密度十分接近，弹性模量也远低于钛合金、不锈钢等，因此作为植入材料时，可有效缓解“应力屏蔽”效应。而且镁合金可以在人体内降解，促进骨的愈合与生长，是极具潜力的生物医用材料。但是，镁合金耐腐蚀性较差，容易发生降解，导致在受损组织还没有完全愈合时，就已经失去了固有的力学性能。并且镁合金的化学组成和骨组织相差较大，不能和骨组织形成骨性结合，影响组织愈合效果。而羟基磷灰石(HA)的化学稳定性高，是人体骨骼的主要无机成分。以镁合金为基体的HA涂层可以提高镁合金在生理环境中的耐腐蚀性能，增强与骨组织的化学结合，确保植入体的早期稳定。因此，进行镁合金表面HA涂层的制备，成为利用其优势降低其弊端的重要方式，能够有效提高植入体的耐腐蚀性能。

采用水热法在金属表面制备HA涂层已有相关报道。水热法利用密闭反应釜，在高压、高温等条件下可以使得难溶或不溶物质溶解而发生重结晶，利用此方法可以在不影响基质材料性能的情况下，形成较为致密的涂层，且涂层结合力及耐腐蚀性较好，还可以通过优化反应条件调控涂层结构、形貌和性能。例如，印尼专利KR20030087664提供了用水热反应在钛表面制备HA薄膜的方法，将HA粉末作为生物相容性材料溶解在盐酸中，然后将钛合金放入溶液中进行水热反应制备HA涂层。Katarzyna Suchanek等(Crystallinehydroxyapatite coatings synthesized under hydrothermal conditions on modifiedtitanium substrates.Materials Science and Engineering C 51(2015)57-63)报道了在Ca(EDTA)^2-和(NH₄)₂HPO₄溶液中，通过水热法在钛合金基体上合成了六方对称HA针状晶体涂层。同样，Daihua He等(Characterization of hydroxyapatite coatings depositedby hydrothermal electrochemical method on NaOH immersed Ti6Al4V.Journal ofAlloys and Compounds 672(2016)336-343)报道了，采用水热法在NaOH溶液处理的Ti6Al4V上制备了HA涂层。将涂层改性的Ti6Al4V试样在SBF中浸泡3天后，能够快速诱导磷灰石的形成，显著改善了钛合金的生物活性。水热法在镁合金表面制备涂层的研究也有相关报道。中国专利号CN108004527A报道了采用水热法在镁合金表面制备锌掺杂改性HA涂层，该涂层具有纳米花状结构并且均匀致密，有效提高生物相容性。另外，Bo Li等(Formation Mechanism,Degradation Behavior,and Cytocompatibility of a Nanorod-Shaped HA and Pore-Sealed MgO Bilayer Coating on Magnesium.Applied Materials&Interfaces.2014,9)报道了采用微弧氧化法和水热法相结合，在镁合金上制备纳米棒状HA涂层，涂层致密，形貌可控。但现有的有关涂层改性镁合金的文献和专利报道，均没有对所制备材料的长期耐腐蚀性能进行研究。而作为可降解骨修复材料，应在模拟体液中保持10周内有较好的力学性能并且没有严重腐蚀，才能满足受损组织修复所需的时间。Bo Li等制备的试样在模拟体液中浸泡第5天后，pH值已经上升至9以上，不能满足长期耐腐蚀性能的要求。