CN109440160A - 一种采用羟基磷灰石复合涂层对镁合金进行表面改性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用羟基磷灰石复合涂层对镁合金进行表面改性的方法，通过在去除氧化层的镁合金表面沉积羟基磷灰石，再用多巴胺改性的羟基磷灰石在表面形成具有良好界面粘接性能的羟基磷灰石复合涂层，改善镁合金的耐蚀性和组织相容性。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金表面改性技术领域，具体涉及一种采用羟基磷灰石复合涂层对镁合金进行表面改性的方法。
背景技术
镁合金密度和杨氏模量与人体骨骼最为接近，而且镁是人体必需的矿物质，在新陈代谢过程中起着重要作用，其降解产物对人体无毒，可通过体液排出体外。因此，医学界公认镁及其合金在可降解生物医用材料领域具有很好的应用前景。但是镁合金在人体生理环境中腐蚀降解速率过快、骨诱导性差，难以与组织愈合速度匹配，因此，对镁合金进行表面改性，提高其耐腐蚀性和生物相容性成为研究的热点。
羟基磷灰石是人体骨骼和牙齿的主要组成成分，具有良好的骨传导性与骨诱导性及生物相容性，成为良好的人工骨替代材料，但是单纯的羟基磷灰石支架脆性大、力学稳定性差。鉴于镁合金和羟基磷灰石上述特性，现有技术在镁合金表面负载羟基磷灰石，以兼顾镁合金的力学性能和羟基磷灰石的生物相容性。但是未经改性的羟基磷灰石易团聚，改性后的羟基磷灰石可能会影响其生物学特性，或者改性方法复杂，不适合大规模应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种采用羟基磷灰石复合涂层对镁合金进行表面改性的方法。通过在去除氧化层的镁合金表面沉积羟基磷灰石，再用多巴胺改性的羟基磷灰石在表面形成具有良好界面粘接性能的羟基磷灰石复合涂层，改善镁合金的耐蚀性和组织相容性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种采用羟基磷灰石复合涂层对镁合金进行表面改性的方法，包括步骤：
S1、制备聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液：
S1-1、配置0.5～1mol/L的硝酸钙溶液、0.2～0.3mol/L的磷酸二氢钠溶液、0.3～0.4mol/L的磷酸氢二钠溶液，将磷酸二氢钠溶液和磷酸氢二钠溶液等体积混合，缓慢加入与所得混合液体积相等的硝酸钙溶液中，在120～130℃水浴反应4h，然后降至室温，静置10h后过滤，洗涤，得到羟基磷灰石；
S1-2、将步骤S1-1的羟基磷灰石悬浮分散于水中，加入25～40mg/ml的多巴胺，调节pH为9，遮光搅拌30h，然后离心，洗涤，得到聚多巴胺改性的羟基磷灰石；
S1-3、将步骤S1-2的聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散于去离子水中，得到聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液；
S2、称取硝酸钙、磷酸氢二铵和硝酸钠溶于去离子水中，使硝酸钙浓度为0.02～0.04mol/L，磷酸氢二铵浓度为0.01～0.025mol/L，硝酸钠浓度为0.15mol/L，得到电解液；
S3、对镁合金表面依次进行打磨和抛光处理，以处理后的镁合金为阳极，铂为阴极，浸入步骤S2制得的电解液中，调节沉积电压为3～5V，温度100～110℃，沉积40～50min，然后用去离子水洗净，干燥；
S4、将经步骤S3处理后的铝合金浸入所制得的聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液中，在100～120℃保温0.5～1h，然后取出，用蒸馏水洗净表面并干燥，再次浸入所述聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液中，如此重复2～3次，在镁合金表面形成羟基磷灰石复合涂层。
优选的，所述步骤S1-3中，聚多巴胺改性的羟基磷灰石在去离子水中的分散方式为超声分散。
本发明的有益效果：
(1)通过对镁合金表面进行打磨和抛光处理，去除氧化层，然后电沉积羟基磷灰石，在镁合金表面形成致密的羟基磷灰石层，提高镁合金的防腐蚀性能，并增加与聚多巴胺改性的羟基磷灰石的界面结合力。
(2)由于镁合金表面负载了羟基磷灰石，在水热作用下，聚多巴胺改性的羟基磷灰石更容易在镁合金表面原位生成羟基磷灰石膜，提高材料的生物相容性和对组织细胞的吸附性。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细的说明。
实施例1
1、配置0.5mol/L的硝酸钙溶液、0.2mol/L的磷酸二氢钠溶液、0.3mol/L的磷酸氢二钠溶液，将磷酸二氢钠溶液和磷酸氢二钠溶液等体积混合，缓慢加入与所得混合液体积相等的硝酸钙溶液中，在120℃水浴反应4h，然后降至室温，静置10h后过滤，洗涤，再在超声作用下用去离子水分散为悬浮液，加入25mg/ml的多巴胺，调节pH为9，遮光搅拌30h后离心，所得沉淀物用去离子水洗净，再次在超声作用下分散于去离子水中，得到聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液；
2、称取硝酸钙、磷酸氢二铵和硝酸钠溶于去离子水中，配成电解液，其中硝酸钙浓度为0.02mol/L，磷酸氢二铵浓度为0.01mol/L，硝酸钠浓度为0.15mol/L；
3、将镁合金依次用200目、360目、400目、600目、800目、1000目和1500目的砂纸打磨后，进行电解抛光，抛光液为体积比为5:1的磷酸/无水乙醇溶液，抛光电压为5V，抛光温度为-10℃，抛光结束后，用酒精擦净表面；
4、以步骤3处理后的镁合金为阳极，铂为阴极，浸入步骤2制得的电解液中，调节沉积电压为5V，温度100℃，沉积50min，然后用去离子水洗净，干燥；
5、将经步骤4处理后的铝合金浸入所制得的聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液中，在100℃保温1h，然后取出，用蒸馏水洗净表面并干燥，再次浸入所述聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液中，在100℃保温1h，然后取出，用蒸馏水洗净表面并干燥，在镁合金表面形成羟基磷灰石复合涂层。
采用CHI660E电化学工作站在Hank’s模拟体液中测试耐腐蚀性能，与未改性的镁合金相比，腐蚀电流密度减小约2个数量级，提高了镁合金的耐腐蚀性能。
实施例2
1、配置1mol/L的硝酸钙溶液、0.3mol/L的磷酸二氢钠溶液、0.3mol/L的磷酸氢二钠溶液，将磷酸二氢钠溶液和磷酸氢二钠溶液等体积混合，缓慢加入与所得混合液体积相等的硝酸钙溶液中，在130℃水浴反应4h，然后降至室温，静置10h后过滤，洗涤，再在超声作用下用去离子水分散为悬浮液，加入35mg/ml的多巴胺，调节pH为9，遮光搅拌30h后离心，所得沉淀物用去离子水洗净，再次在超声作用下分散于去离子水中，得到聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液；
2、称取硝酸钙、磷酸氢二铵和硝酸钠溶于去离子水中，配成电解液，其中硝酸钙浓度为0.035mol/L，磷酸氢二铵浓度为0.02mol/L，硝酸钠浓度为0.15mol/L；
3、将镁合金依次用200目、360目、400目、600目、800目、1000目和1500目的砂纸打磨后，进行电解抛光，抛光液为体积比为5:1的磷酸/无水乙醇溶液，抛光电压为5V，抛光温度为-10℃，抛光结束后，用酒精擦净表面；
4、以步骤3处理后的镁合金为阳极，铂为阴极，浸入步骤2制得的电解液中，调节沉积电压为3V，温度110℃，沉积50min，然后用去离子水洗净，干燥；
5、将经步骤4处理后的铝合金浸入所制得的聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液中，在120℃保温0.5h，然后取出，用蒸馏水洗净表面并干燥，再次浸入所述聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液中，如此重复2次，在镁合金表面形成羟基磷灰石复合涂层。
采用CHI660E电化学工作站在Hank’s模拟体液中测试耐腐蚀性能，与未改性的镁合金相比，腐蚀电流密度减小约2个数量级，提高了镁合金的耐腐蚀性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种采用羟基磷灰石复合涂层对镁合金进行表面改性的方法，其特征在于，包括步骤：
S1、制备聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液：
S1-1、配置0.5～1mol/L的硝酸钙溶液、0.2～0.3mol/L的磷酸二氢钠溶液、0.3～0.4mol/L的磷酸氢二钠溶液，将磷酸二氢钠溶液和磷酸氢二钠溶液等体积混合，缓慢加入与所得混合液体积相等的硝酸钙溶液中，在120～130℃水浴反应4h，然后降至室温，静置10h后过滤，洗涤，得到羟基磷灰石；
S1-2、将步骤S1-1的羟基磷灰石悬浮分散于水中，加入25～40mg/ml的多巴胺，调节pH为9，遮光搅拌30h，然后离心，洗涤，得到聚多巴胺改性的羟基磷灰石；
S1-3、将步骤S1-2的聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散于去离子水中，得到聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液；
S2、称取硝酸钙、磷酸氢二铵和硝酸钠溶于去离子水中，使硝酸钙浓度为0.02～0.04mol/L，磷酸氢二铵浓度为0.01～0.025mol/L，硝酸钠浓度为0.15mol/L，得到电解液；
S3、对镁合金表面依次进行打磨和抛光处理，以处理后的镁合金为阳极，铂为阴极，浸入步骤S2制得的电解液中，调节沉积电压为3～5V，温度100～110℃，沉积40～50min，然后用去离子水洗净，干燥；
S4、将经步骤S3处理后的铝合金浸入所制得的聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液中，在100～120℃保温0.5～1h，然后取出，用蒸馏水洗净表面并干燥，再次浸入所述聚多巴胺改性的羟基磷灰石分散液中，如此重复2～3次，在镁合金表面形成羟基磷灰石复合涂层。
2.根据权利要求1所述的采用羟基磷灰石复合涂层对镁合金进行表面改性的方法，其特征在于，所述步骤S1-3中，聚多巴胺改性的羟基磷灰石在去离子水中的分散方式为超声分散。
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |