生物医用镁合金表面改性涂层研究进展

镁合金凭借其优异的生物安全性、良好的载荷传递性及独特的降解性,在医用植入领域表现出巨大的应用潜力和发展前景。然而镁合金在生理环境下的腐蚀溶解速率过快,导致材料力学性能衰减加速进而过早失效。表面改性作为镁合金耐蚀性能提升的重要途径,不仅能通过表层物理屏障的形成来减缓金属材料的溶解速率,还能抑制合金内部腐蚀电偶反应的强烈程度及调控其生物相容性。概述了典型表面改性工艺的技术优势,包括涂层在合金表面的多覆盖度、高膜层厚度、强附着力以及良好生物相容性等。同时归纳了几种表面改性工艺所存在的问题,包括较差的长期耐蚀性、低应力承受能力以及技术安全性等。在此基础上,重点综述了近年来镁合金表面改性涂层的最新研究动态,其中简要介绍了化学转化、微弧氧化、等离子喷涂等几种常见的表面改性涂层形成机制。系统阐述了涂层对镁合金降解过程和生物相容性的影响规律,以及部分元素或粒子对涂层微观结构以及生物性能的作用机理。最后展望了医用镁合金表面改性涂层的发展方向。     

医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展

镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题,因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题,在此基础上,考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。结合体内试验和体外试验,概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响,并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。     

镁合金表面可降解聚合物改性涂层研发及应用进展

相比于钛合金、不锈钢、钴基合金等传统生物医用金属材料,镁合金不仅具有生物可降解特性,而且其弹性模量与人体骨骼很接近,不容易产生"应力屏蔽",被誉为"新一代先进生物材料"。但镁合金在人体内降解速率过快,由此产生的力学失稳和过量降解产物在体内的代谢吸收隐患限制了其在外科植介入医疗领域的大量推广应用。而可生物降解或可吸收的天然和合成高分子(聚合物)是全球量大面广的一类质轻、多功效、生物安全性好的生物医用材料,若将其作为可降解镁合金表面的特种防护涂层并解决好两者表界面之间的生物功能性和力学相容性,将是开发先进镁合金材料及其应用的重要发展方向。本文综述了生物可降解的镁基合金表面天然及合成高分子涂层的最新研究进展,并对其未来的研发及应用发展趋势提出展望。     

镁合金表面可降解涂层的制备及其性能

目的 研究生物医用镁合金表面可降解涂层的制备,并对其制备条件、防腐蚀性能,体外降解性、细胞毒性等进行表征。方法 首先合成功能单体7-(2-甲基丙烯酰氧基乙氧基)-4-甲基香豆素(MAC)和2-亚甲基-1,3-二氧杂环庚烷(MDO),选择乙酸乙烯酯(VAc)作为共聚单体,通过自由基开环聚合合成可降解聚合物P(MAC-VAc-MDO)(PMVO)。将PMVO溶于二氯甲烷中并利用浸涂法在AZ31镁合金表面制备可降解涂层,探究不同制备条件(不同浸涂次数、不同聚合物浓度和不同环境温度)对涂层的膜厚、单位面积膜重以及水接触角的影响,并选择最佳涂层制备条件。采用动电位极化曲线测试对涂层的防腐蚀性能进行表征,可降解涂层的体外降解性和细胞毒性通过模拟体外降解实验和细胞实验进行表征。结果 当浸涂次数为3次、聚合物质量浓度为30 mg/mL、环境温度为40 ℃时,浸涂法制备的涂层均匀致密,此时该涂层具有良好的防腐蚀性能,模拟体外降解实验证明涂层样品浸泡后的pH和镁离子浓度与裸镁相比均有所下降,浸提液细胞毒性实验证明涂层的降解产物无毒。结论 通过自由基开环聚合成功制备聚合物PMVO,并通过浸涂法制备镁合金表面可降解涂层,通过实验证明最佳条件下制备的涂层具有良好的防腐蚀性能、生物可降解性以及细胞毒性。     

聚合物涂层处理镁合金的耐蚀性及溶血性研究

利用浸提法在表面防护处理后的镁合金上分别制备PLGA和壳聚糖两种聚合物涂层。通过电化学实验、接触角实验、浸泡实验对镁合金表面载药聚合物涂层进行研究。结果表明,两种载药聚合物涂层除具有药物缓释作用外,还可以在一定程度上提高镁合金的耐蚀性,并保持优异的抗溶血性。     

镁合金表面HA复合涂层的设计研发及应用展望

镁及镁合金具有与骨骼硬组织良好的力学性能适配性、生物相容性和体内可生物降解等优良特性,被认为是一种最具有应用潜力的新型外科金属基植入材料,但其过快的降解速度限制了它的应用和普及推广。羟基磷灰石(HA)具有良好的生物活性,在镁合金表面制备HA涂层,能有效增强镁合金植入体的活性和耐腐蚀性,延缓其降解速率。但纯的HA涂层存在脆性大,强韧性不足,与基体间黏附力较差且功能性单一等问题,因此开发镁合金表面的高品质、多功能HA复合涂层,具有非常重要的科学和实践价值。本文综述了近年来开发的在镁合金基体表面的HA复合涂层及在骨修复上应用的研究进展,并对未来镁合金基体表面HA复合涂层的研究发展趋势进行了展望。     

医用镁合金表面改性研究进展

由于镁及其合金具有良好的生物相容性和力学相容性,降低镁合金过快的腐蚀速度成为其作为生物材料应用的关键,医用镁合金表面改性已成为新一代生物材料的研究重点。介绍医用镁合金的发展历程,重点讨论镁合金表面生物活性陶瓷(如羟基磷灰石(HA))、阳极氧化膜、可降解高分子聚合物(如聚乳酸(PLA)、PLGA、壳聚糖)、惰性生物陶瓷涂层(如TiO2、Al2O3、ZrO2)、化学转化膜(氟化膜、稀土转化膜)和金属镀层(如Ti、Zn)制备、耐蚀性及其生物相容性,并指出其发展趋势。     

新型可降解生物医用镁合金JDBM的研究进展

镁合金因具有与人体骨头接近的密度和弹性模量、高比强度和比刚度、生物可降解性以及生物相容性等优点,近10年来国内外研究人员对其应用于骨内植物、骨组织工程支架和心血管支架等领域进行了广泛的研究。然而,目前大多数研究均以现有商用镁合金为对象,如含Al元素的AZ31、AZ91以及含重稀土元素的WE43等,并未考虑到作为生物材料的安全性等问题。本文作者阐述镁合金作为生物医用材料的优势、面临的挑战以及应对策略;重点介绍上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心近年来围绕自行研发的新型生物医用镁合金JDBM开展的研究工作;最后展望可降解生物医用镁合金的应用前景和发展方向。     

镁合金表面铝涂层研究进展

镁合金在现代工业中有着广泛的应用前景,但较差的耐蚀性能限制了其发展,沉积铝涂层技术作为改善镁合金表面性能的新技术得到了关注。综述了镁合金表面沉积铝涂层的技术研究现状,分析了此种技术的优势,介绍了在镁合金表面沉积铝涂层的几种主要方法:扩散铝涂层、物理气相沉积、化学气相沉积、高能束熔覆等,分析了各自的优缺点,并展望了镁合金表面铝涂层技术的发展趋势。     

骨植入生物可降解镁合金研究进展

Mg及镁合金作为新型骨植入材料,具有良好的力学性能、细胞相容性和生物可降解性,已经成为国内外研究的热点。然而,镁合金在体内过快降解严重制约了其在临床上的应用。因此,控制镁合金降解速率成为研究的重中之重。综述了镁合金作为骨植入材料的研究现状,详细介绍了主要合金元素对镁合金性能的影响以及改善抗腐蚀性的主要技术和方法。     

镁合金表面电弧喷涂纯铝的界面特性研究

采用电弧喷涂技术对ZK60和AZ91两种镁合金表面喷铝,为了提高界面结合性能,对喷后样品进行了真空条件下450℃保温2h和250℃真空热压1h两种不同的后处理,结果表明:两种处理工艺都能一定程度的提高界面性能,但是前一处理工艺基体晶粒显著长大,后一处理工艺则对基体的影响较小,并且同时改善了涂层自身的性能.     

Enhanced corrosion performance of magnesium phosphate conversion coating on AZ31 magnesium alloy

Magnesium phosphate conversion coating (MPCC) was fabricated on AZ31 magnesium alloy for corrosion protection by immersion treatment in a simple MPCC solution containing Mg²⁺ and PO^3?₄ ions. The MPCC on AZ31 Mg alloy showed micro-cracks structure and a uniform thickness with the thickness of about 2.5 µm after 20 min of phosphating treatment. The composition analyzed by energy dispersive X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy revealed that the coating consisted of magnesium phosphate and magnesium hydroxide/oxide compounds. The MPCC showed a significant protective effect on AZ31 Mg alloy. The corrosion current of MPCC was reduced to about 3% of that of the uncoated surface and the time for the deterioration process during immersion in 0.5 mol/L NaCl solution improved from about 10 min to about 24 h.     

AZ91D镁合金表面激光重熔Al-Si-Cu涂层的性能

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在AZ91D镁合金表面制备Al-Si-Cu合金涂层,利用扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究了涂层的微观组织、显微硬度与摩擦磨损性能。结果表明,激光重熔后涂层组织致密均匀,涂层与基体呈良好的冶金结合,涂层显微硬度约为基体的2.2倍,由于晶粒细化和硬质相的存在耐磨性较基体明显提高,重熔层的磨损机制主要为磨粒磨损。     

Comparison in characterization of composite and sol-gel coating on AZ31 magnesium alloy

An Al2O3 protective coating on magnesium alloy AZ31 was prepared by a repeated direct sol-gel process annealing at 300℃and a composite coating was also deposited using Al2O3 particles dispersed sol followed by phosphating treatment and annealing at 300℃.The morphologies,structures and critical adhesive loads as well as corrosion properties of the coatings were comparatively investigated by scanning electron microscopy(SEM),X-ray diffractometry(XRD),nanoscratch test and electrochemical measurement.The results show that the composite coating has a more uniform,crack-free layer and improved adhesion to the substrate as compared with that of the repeated direct sol-gel coating owing to its lower heat strain.The main phases in both coatings consist ofγ-Al2O3 andδ-Al2O3 derived from annealed alumina sol,and the composite coating has an anticorrosion performance which is superior to that of the repeated direct sol-gel coating.     

Cathodic phosphate coating containing nano zinc particles on magnesium alloy

A technology for preparation of a cathodic phosphate coating mainly containing nano metallic zinc particles and phosphate compounds on magnesium alloy was developed.The influence of cathodic current density on the microstructure of the cathodic phosphate coating was investigated.The results show that the crystals of the coating are finer and the microstructures of the outer surface of the coatings are zigzag at the cathodic density of 0.2-0.5 A/dm~2.The content of nano metallic zinc particles in the coat...     

Corrosion resistance of Mg-Mn-Ce magnesium alloy modified by polymer plating

Polymeric nano-film on the surface of Mg-Mn-Ce magnesium alloy was fabricated by polymer plating of 6-dihexylamino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol monosodium(DHN) to improve its corrosion resistance.The electrochemical reaction process was analyzed by cyclic voltammetry and two obvious peaks of oxidation reaction were observed.The static contact angle of distilled water on polymer-plated surface can be up to 106.3°while on the blank surface it is 45.8°.Potentiodynamic polarization results show that the polyme...     

Microstructure and properties of oxalate conversion coating on AZ91D magnesium alloy

The oxalate coating formed on AZ91D magnesium alloy by chemical conversion treatment methods in oxalate salt solutions was investigated. The surface morphologies and chemical composition of coating were examined using scanning electron microscopy (SEM) equipped with energy dispersive analysis of X-ray (EDX). Electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potentiodynamic polarization curves and salt spray tests were employed to evaluate corrosion protection of the coating to substrate in 5% NaCl solution. The mechanism of coating formations was also considered in details. The results indicate that a compact and dense surface morphology with fine particle clusters of the oxalate coating on magnesium alloy is presented, which mainly consists of oxide or/and organic of Mg, Al and Zn. And the anti-corrosion of the magnesium after oxalate conversion treatment is better than that of the magnesium substrate. The results of salt spray test for oxalate coating is evaluated as Grade 9 according to ASTM B117. The electric resistance of oxalate chemical conversion coating to substrate is below 0.1 Ω.     

变形镁合金表面改性的新技术

简述了对变形镁合金进行改性的必要性。对变形镁合金进行表面改性的方法包括激光熔敷、热喷涂、电化学方法、转化膜、液相/气相沉积、涂装和离子注入。对变形镁合金表面的热喷涂包括火焰喷涂和等离子喷涂;电化学方法包括微弧氧化和阳极氧化法;制备转化膜的方法包括化学镀、磷化和溶胶—凝胶法;离子注入包括高温金属离子注入和等离子体注入。指出应该加强对实际的变形镁合金构件的表面改性技术的开发,尤其是对试样研究较多的微弧氧化法、阳极氧化法和磷化。     

Fabrication of Cr coating on AZ31 magnesium alloy by magnetron sputtering

Chromium-plating is considered an effective method to improve surface properties of metal materials.Magnetron sputtering was applied to prepare Cr coating on AZ31 magnesium alloy and the influence of bias voltage on properties of Cr coating was investigated.The obtained coatings present an(110) preferred texture and have a developed columnar structure.With increasing bias voltage,the surface structure of Cr coating becomes denser.All of the Cr-coated AZ31 have much higher surface microhardness than bare ...