[发明专利]一种镁或镁合金表面自催化降解涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种镁或镁合金表面自催化降解涂层及其制备方法，以磷酸盐和亚铁盐或铁盐为原料，采用化学转化法，在镁或镁合金基体表面制备具有加速镁合金降解的涂层，所得涂层为铁、亚铁的磷酸盐和氢氧化物。为阴极型多孔涂层，因开路电位高于镁合金基体，同时由于铁或亚铁离子被还原产生的单质铁会和镁合金形成电偶腐蚀，从而起到加速镁合金腐蚀的作用，进而实现对镁合金的自催化降解。本发明开创了一种新的思路，相对于现有技术，具有工艺环保、简单、反应时间短、生产成本低、不损害基体结构和力学性能等特点。所获得的镁合金表面涂层，具有结构多孔、生物可降解性和生物相容性能好等优点，所以既可做结构性材料，又可作可降解生物医用材料。

技术领域

本发明涉及镁或镁合金表面涂层技术领域，具体涉及一种镁或镁合金表面自催化降解涂层及其制备方法。

背景技术

镁是最轻金属之一，其密度为1.75g/cm³，是地球上资源储藏丰富的元素之一，在地壳中的含量大约能占到2.7％。

镁合金还具有比强度高、比刚度高、弹性模量大、阻尼性好、导热性好以及减振性好，耐有机物和碱性溶液的性能好等优越性能。此外，镁合金还具有良好的尺寸稳定性、电磁屏蔽性、易加工性及再循环利用性。因此，它们被用作结构材料(如汽车、航空航天、3C产品)和功能材料(如生物医用材料)领域。随着科技进步，镁合金的使用范围逐渐扩大，扩展到许多非传统领域，如压力球。

作为可降解生物医用金属材料，镁及其合金还具备良好的生物相容性和力学相容性。镁离子是人体中含量仅次于钾、钠、钙的细胞内正离子，能参与蛋白质合成，可激活体内多种酶，调节中枢神经系统及肌肉的活动，保障心肌的正常收缩。作为可降解的镁合金材料，能够在人体内快速腐蚀，避免二次手术的带来的不便。此外，镁合金的力学性能比传统的聚乳酸、钛合金、不锈钢及其他类型的可降解植入材料更有优势；不但具有促进骨细胞的形成、加速骨愈合能力；而且，由于拥有和人骨骼相似的弹性模量，能够有效的避免应力遮蔽效应。可降解镁及镁合金作为生物医用器件，包括骨板、骨钉等骨固定材料和血管支架等支架材料，具有巨大的临床应用前景。

然而，由于镁的化学性质十分活泼(-2.36V/SHE)，在酸性和中性溶液中都不耐蚀。同时镁合金表面生成的氧化膜通常是多孔的，该膜层无法对基体产生有效的保护作用。因此，一般情况下镁合金的腐蚀成为了限制镁合金应用的一大瓶颈，限制了镁合金在很多领域的应用。国内外研究人员分主要从提高镁合金的耐蚀性的角度进行研究，基本方法有三种：

(1)纯净化，降低杂质元素(铁、硅、镍、钴)的浓度；

(2)合金化(加入铝、锰、锌、稀土等元素)和后处理(轧制、挤压和热处理等)；

(3)表面改性。其中，微弧氧化(MAO)、逐层组装(LBL)、化学转化膜(CCC)、化学气相沉积(CVD)和水滑石(LDHs)等表面处理技术是提高镁合金耐腐蚀性能的重要手段。

其中，化学转化处理是目前镁合金常用表面处理工艺之一，通过化学或电化学处理方法，可以在镁合金表面形成一层由氧化物、铬化物、磷化物或其他一些化合物组成的具有良好附着力的难溶膜层。这层膜与基体具有良好的结合力，阻止腐蚀介质对基体的侵蚀。与阳极氧化膜相比，化学转化膜较薄，硬度和耐磨性都较低。化学转化膜工艺需用的设备简单，投资少，容易操作，成本低。只要转化液和合金表面接触，就能够获得厚度均匀的转化膜。

化学转化膜一般作为有机物涂装的底层，以增强涂装的附着性。适用于结构复杂、表面积大的器件，和使用环境不太严苛的场合。目前常用的镁合金化学转化工艺主要有：铬酸盐转化膜、稀土转化膜以及磷酸盐转化膜(包括锰系、锌系磷化膜、锌钙系磷化膜)等。