CN101509132A - 镁元件的涂敷 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及处理由镁或镁合金制成的部件的方法，以及聚合物溶液用于处理部件、特别是用于涂敷由镁或镁合金制成的部件的用途。所述方法的特征还在于，用聚合物溶液润湿或供给部件，其中所述聚合物溶液包含聚醚酰亚胺和溶剂，其中在所述部件干燥后、优选从聚合物溶液中取出部件后或用聚合物溶液润湿部件后，在部件表面上形成或将形成耐腐蚀的致密的非多孔或无孔涂层或者耐腐蚀的多孔涂层，这依赖于所述聚合物溶液中的溶剂、特别是溶剂的比例和/或类型。

Description

镁元件的涂敷
技术领域
本发明涉及一种处理由镁或镁合金制成的部件的方法，以及聚合物溶液用于处理部件的用途。
背景技术
已知镁及其合金是不贵重的轻质金属结构材料。因此，镁及其合金非常倾向于产生接触腐蚀。
镁和/或镁表面的腐蚀特性可以通过转化涂层和/或反应层和无机或有机涂层来改性。例如，在其中在电解质等离子体中发生基体表面阳极氧化的方法中，产生具有电绝缘效果和良好的耐磨性的由氧化镁和/或磷酸镁形成的致密固体层。然而，这些层通常还需要通过有机涂层(顶涂层)密封，从而保证持久的防腐。除此之外，这些方法通常相对昂贵。
尽管镁在空气中具有良好的耐腐蚀性，然而在含有氯化物、硫酸盐、碳酸盐和硝酸盐的溶液中不稳定。镁合金仅在pH值大于11时才形成稳定的覆盖层，因此对于4.5至8.5的技术相关的pH范围，在该范围内例如铝可形成稳定的覆盖层，镁合金不存在有效的和如果损坏的话自恢复的保护层。
此外，镁是最不贵重的结构材料，因此一方面由于微电流腐蚀镁倾向于显著溶解，特别是由含Fe、Ni和Co的杂质导致溶解，而另一方面就镁合金而言，由第二更贵重金属相或由包含物导致内部电流腐蚀。因为镁经常与较贵重的材料联用，所以在侵蚀性介质中应用和/或存在水的情况下，元件涂层是必要的，以防止接触腐蚀。
镁表面的腐蚀和磨损特性可以根据用途和应用通过转化层和/或反应层和通过无机或甚至有机涂层来改性。
例如在US 2006/0063872 A1、EP 0 949 353 B1、US 2005/0067057 A1、US 4,973,393、US 5,993,567、WO 99/02759 A1和DE 199 13 242 C2中描述了很多用于镁及其合金防腐的方法和措施。
发明内容
基于该现有技术，本发明的目的在于，为由镁或镁合金制成的元件和/或由镁制成或具有含镁表面的部件提供简单廉价的耐腐蚀无毒涂层，其中在所述部件的表面上形成涂层应该尽可能简单。
所述目的通过处理由镁或镁合金制成的部件的方法来实现，所述方法进一步被确认为，用聚合物溶液润湿或供给部件，特别是部件的一个或所述表面，其中所述聚合物溶液包含聚醚酰亚胺和溶剂，其中在部件干燥后，优选从聚合物溶液中取出部件后或用聚合物溶液润湿部件后，在部件表面上形成或将形成耐腐蚀的致密的非多孔或无孔涂层或者耐腐蚀的多孔涂层，这依赖于所述聚合物溶液中的溶剂、特别是溶剂的比例和/或类型，优选依赖于溶剂的类型。
本发明基于以下构思，通过含有聚醚酰亚胺的聚合物溶液和通过聚合物溶液中溶剂的类型和/或比例，在由镁制成的元件或部件表面上形成用于所述元件或部件的多孔和/或微孔或非多孔涂层。所提出的方法是牵涉的精力较少且廉价的简单的涂敷方法。所述元件和/或部件优选由镁材料制成，因此所形成和/或施加的涂层为部件和/或镁或其合金提供可血液相容的持久的耐应力的防腐。
具体实施方式
在部件上施加由聚醚酰亚胺构成的涂层实现了部件表面持久的防腐，由此得到具有长期稳定性和与血液相容性的防腐。由此，有抵抗性的聚合物层钝化或保护部件免于机械和腐蚀侵蚀。特别是明显减少或阻止水以及其它促进腐蚀或起到腐蚀作用的物质的引入。在涂敷期间通常不产生或只产生少量对环境有害的物质。
例如，聚醚酰亚胺以“UL-TEM”(来自General Electric)或来自Rehau的“RAU-PEI”的名称已知。
在本发明的范围内，可以通过在部件的一个或更多个表面上施加耐腐蚀涂层，以降低已经施加在该部件上的多孔保护层的孔隙率，所述保护层特别是通过聚醚酰亚胺涂层来密封。
用来在部件上形成耐腐蚀涂层的聚醚酰亚胺仅涉及聚醚酰亚胺聚合物类；在本发明范围内，多种不同的聚醚酰亚胺可以存在于聚合物溶液中。
此外，根据本发明的方法允许通过将聚醚酰亚胺涂敷或施加于部件表面，例如通过浸渍在聚合物溶液中或者通过喷洒聚合物溶液，简单地恢复或修复(已经)具有腐蚀涂层的表面受损部件的表面或缺陷。
除此之外，所施加的聚醚酰亚胺涂层的特征在于对镁部件和/或其表面具有特别好的附着性。涂层的质量通过聚合物溶液的相应组成和涂敷方法的选择来控制。
此外，根据本发明，涂层的孔隙率取决于聚合物溶液中所用的溶剂和/或其特性及其浓度。例如，不与水混溶的溶剂(例如二氯甲烷)和高浓度聚醚酰亚胺(例如大于3重量％)的溶液，导致部件上的涂层具有低的孔隙率或没有孔隙率，从而获得低的腐蚀速率。此外，由于施加到部件或元件上的聚醚酰亚胺涂层，可以以有针对性的方式设置或监控所述部件或元件的腐蚀或腐蚀速率。
优选地，如根据DIN 50021通过盐喷试验所测量的，根据本发明所涂敷的(纯)镁合金的腐蚀速率低于1.0mm/年，优选低于0.9或0.8mm/年。
与之相反，由含有可与水混溶的溶剂和低浓度聚醚酰亚胺(例如低于10重量％)的溶液制成的涂层导致高和/或增加的孔隙率，因此与非多孔涂层相比导致较高的腐蚀速率。
利用聚醚酰亚胺以及随后通过合适的试剂或方法对表面进行化学改性，本发明的方法可以为镁部件或镁合金提供耐腐蚀涂层。在本发明范围内，在此使用聚醚酰亚胺物质类的聚合物。通过部件的表面改性，例如通过化学反应或等离子体处理等，还在部件的医用疗应用例如作为移植物中获得改善的血液相容性。
特别地，将部件浸渍在聚合物溶液中或用聚合物溶液喷洒，使得部件的表面供应有聚合物溶液。
除此之外，所述方法的特征在于，在涂敷之前部件的表面是清洁的或清洁部件表面。作为替代方案，在涂敷之前不清洁待涂敷的部件表面。此外，通过在涂敷和/或浸渍程序和干燥程序之后将已经涂敷的部件再浸渍在含有聚醚酰亚胺的聚合物溶液中来增加和控制部件表面上涂层的厚度。通过重复涂敷程序(浸渍或喷洒)和干燥程序，逐渐增加部件表面上涂层的厚度。
根据本发明的一个优选实施方案，设想在用聚醚酰亚胺聚合物溶液涂敷之前，部件的表面已提供有或向其提供转化涂层或粘附层。通过在工序中预处理元件表面，由于获得或形成了转化涂层或粘附层，在对表面进行涂敷的情形下导致待涂敷的元件表面得到改善的特性。术语“转化涂层”例如应理解为表示通过金属表面和电解质或类似物质的不同成分的化学转变(转化)形成的层。施加到元件表面上的粘附层改善随后施加的耐腐蚀层和/或腐蚀层的附着性。在本发明范围内，转化涂层可以与粘附层相同。
除此之外，本发明的特征在于，使用可与水混溶的溶剂，以便在部件上形成多孔涂层。特别是，当聚合物溶液中聚醚酰亚胺的浓度低于10重量％时，在部件上形成多孔涂层。
优选地，所用的可与水混溶的溶剂为二甲基乙酰胺(DMAc)和/或二甲基甲酰胺(DMF)和/或N-甲基吡咯烷酮(NMP)和/或γ-丁内酯(GBL)
根据一个替代的实施方案，使用不可与水混溶的溶剂，以便在部件上形成致密的无孔涂层。在这种情况下，优选使用二氯甲烷和/或氯仿和/或1，2-二氯乙烷作为溶剂。
根据本方法的一个改进方案，设想聚合物溶液中聚醚酰亚胺的浓度为0.5重量％至20重量％。
此外，在形成多孔涂层时，设想部件上多孔涂层的孔的直径为10nm至10μm，特别是10nm至2μm。
此外，所述方法的特征在于，在部件上形成或将形成所涂敷的涂层，使得在所述部件上施加机械力时在力的作用位置处所述部件通过所述涂层保持防腐，由此受损的点由于所施加的涂层而对腐蚀保持不变。在对表面施加机械力的情况下，如果出现损坏，则所施加的涂层也不利地受影响或受损，但是尽管如此受损位置继续保持防腐，因此在受损位置处由于所述涂层而仍保持低的腐蚀速率。
优选地，将聚合物溶液施加或涂敷到具有缺陷的腐蚀层的部件表面上，随后干燥，使得在腐蚀层的缺陷位置处提供有涂层或涂膜。因此，可以简单、快速且有效地修复元件表面上的缺陷或受损位置。
除此之外，所述方法的特征在于，所述涂层的附着性大于由丙烯酸酯构成的涂层的附着性，特别是在涂层厚度相同时。试验表明，所施加的涂层对部件的镁表面具有强附着性，由此元件或部件在表面有机械应力的情形下也保持耐腐蚀。因此，涂层也保持在具有机械应力的部件表面上。
所述方法的特征还在于，所述聚合物溶液包含粒子或抑制剂或治疗用或医用活性物质，以便将所述粒子或抑制剂或治疗用或医用活性物质嵌入或引入或施加到涂层中。这使得经涂敷的部件具有一系列应用，例如在医疗技术中作为移植物或作为血管支承装置。
此外，所述目的通过聚合物溶液用于处理由镁或镁合金制成的部件、优选用于涂敷或修复由镁或镁合金制成的部件表面的用途来实现，其中使用包含聚醚酰亚胺和溶剂的聚合物溶液实施前述方法。根据所述溶剂及其类型和特性，在部件表面上形成耐腐蚀的致密的非多孔或多孔涂层。
根据浓度和处理期间部件在聚合物溶液中的停留时间，可以有针对性地设置所施加的涂层的预定层厚度。特别地，层厚度为1μm至100μm，以便形成耐腐蚀性特别高的涂层。例如，只浸渍到2％的二氯甲烷溶液中一次的试验得到5μm厚的涂层，而多次浸渍则使层厚度加倍。
在试验中，将干燥的部件浸渍到聚合物溶液中；在随后的步骤中在空气或真空室中蒸发溶剂。由此在部件表面上形成保护性的聚合物层。与未经处理的镁样品相比，发现经涂敷的镁样品的耐腐蚀性明显提高。特别地，观察到部件的防腐蚀作用保持恒定，甚至在气候变化和暴露于氯化物(例如盐喷试验等)下、甚至在很多天(30天)后也是如此。
另外，提出了用于控制由镁或镁合金制成的，优选自溶解的，生物元件的腐蚀速率的方法，其中根据权利要求1～14中任一项的方法在部件上形成或将形成涂层，其中通过所述优选自溶解的生物元件例如移植物的孔隙率来控制腐蚀速率。通过所施加的涂层，施加具有预先限定的腐蚀速率的涂层，特别是对纯镁合金而言低于1.0mm/年的腐蚀速率，根据DIN 50021通过盐喷试验所测量的，从而使得植入人体内生物元件在例如骨折治愈后自溶解。

Claims (20)

1.一种用于处理由镁或镁合金制成的部件的方法，其特征在于，用聚合物溶液润湿或供给所述部件，其中所述聚合物溶液包含聚醚酰亚胺和溶剂，其中在所述部件干燥后，在所述部件表面上形成或将形成耐腐蚀的致密的非多孔或无孔涂层或者耐腐蚀的多孔涂层，这依赖于所述聚合物溶液中的所述溶剂。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述部件浸渍在所述聚合物溶液中或者用所述聚合物溶液喷洒所述部件。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述部件的表面在涂敷之前是清洁的或者是将要清洁的。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述部件的表面在涂敷之前是未清洁的。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在用所述聚醚酰亚胺聚合物溶液涂敷之前，给所述部件表面提供转化涂层或粘附层。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所用的溶剂是可与水混溶的溶剂，以便在所述部件上形成多孔涂层。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，所用的溶剂是二甲基乙酰胺(DMAc)和/或二甲基甲酰胺(DMF)和/或N-甲基吡咯烷酮(NMP)和/或γ-丁内酯(GBL)。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，所用的溶剂是不可与水混溶的溶剂，以便在所述部件上形成致密的无孔涂层。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所用的溶剂是二氯甲烷和/或氯仿和/或1，2-二氯乙烷。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述聚合物溶液中聚醚酰亚胺的浓度为0.5至20重量％。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，多孔涂层中的孔直径为10nm至10μm或者10nm至2μm。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述部件上施加的涂层形成或将形成，使得在所述部件上施加机械力时在力的作用位置处所述部件通过所述涂层保持防腐。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于，在具有缺陷的腐蚀层的部件上施加所述聚合物溶液，以便为所述腐蚀层的缺陷位置供给涂层或涂膜。
14.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述涂层的附着性大于由丙烯酸酯构成的涂层的附着性。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，在涂层厚度相同时，涂层的附着性大于由丙烯酸酯构成的涂层的附着性。
16.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述聚合物溶液包含粒子或抑制剂或治疗用或医用活性物质，以便将所述粒子或抑制剂或治疗用或医用活性物质嵌入或引入或施加到所述涂层中。
17.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述部件干燥后，在所述部件表面上形成或将形成耐腐蚀的致密的非多孔或无孔涂层或者耐腐蚀的多孔涂层，这依赖于所述聚合物溶液中的溶剂比例和/或类型。
18.根据权利要求1的方法，其特征在于，在从所述聚合物溶液中取出所述部件后或者用所述聚合物溶液润湿所述部件后，在所述部件表面上形成或将形成耐腐蚀的致密的非多孔或无孔涂层或者耐腐蚀的多孔涂层。
19.聚合物溶液用于处理由镁或镁合金制成的部件或者用于涂敷或修复由镁或镁合金制成的部件表面的用途，其中根据权利要求1～18中任一项的方法在所述部件上形成或将形成涂层。
20.一种用于控制由镁或镁合金制成的部件形成的生物元件的腐蚀速率，或者用于控制由镁或镁合金制成的部件形成的自溶解生物元件的腐蚀速率的方法，其中根据权利要求1～18中任一项的方法在部件上形成或将形成涂层，并且其中通过所述生物元件的孔隙率来控制腐蚀速率。
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