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。     

医用镁合金微弧氧化工艺研究进展

从火花放电方面归纳整理了镁合金微弧氧化膜层的形成机理,并分析了膜层结构。在此基础上,结合国内外研究现状,阐述了预处理、电解质和添加剂以及电参数（电压、电流模式和脉冲频率）和封孔技术对镁合金微弧氧化膜层耐蚀性和生物相容性的影响。着重分析了电解质和添加剂的种类、浓度对膜层和生物性能的影响机制,其中电解质包括碱性硅酸盐和磷酸盐电解液等,添加剂包括甘油、氟化物、羟基磷灰石和纳米粒子等。研究发现,碱性磷酸盐电解质的加入可以降低膜层腐蚀速率,促进骨整合和细胞附着过程,羟基磷灰石、Ca、P等具有生物活性和对人体有益的粒子作为添加剂加入,可以显著提高膜层的耐蚀性和生物相容性。最后,基于研究现状,对镁合金微弧氧化技术在生物医用方面的发展进行了展望。     

镁合金微弧氧化研究进展

介绍了镁合金微弧氧化直流电源、交流电源、脉冲电源、多种电源的发展现状。同时对酸性、碱性电解液体系以及添加剂对微弧氧化的影响进行了分析。通过几个应用实例阐述了制约镁合金微弧氧化发展的主要因素,对镁合金微弧氧化技术的未来发展方向进行了展望。     

镁合金微弧氧化陶瓷膜的制备及耐蚀性能

利用微弧氧化技术在AZ91D镁合金表面原位生成含有钙、磷元素的陶瓷膜层.用SEM、XRD、EDS等研究陶瓷膜微观形貌、相组成及元素含量,利用Tafel和EIS技术来评价陶瓷膜的腐蚀性能.结果表明,所制备的陶瓷膜层成功地引入了钙和磷元素,陶瓷膜层主要由Mg2SiO4和MgO相组成.增加钙盐浓度,可以使膜层内的钙元素含量增多,微孔增加并且出现了微裂纹.电化学测试表明陶瓷膜使得镁合金在0.9%NaCl生理盐水中的耐蚀性提高了1～2个数量级,当钙盐浓度为0.3 g/L时,陶瓷膜层的耐蚀性最好.     

镁合金微弧氧化膜层结构分析

对镁合金微弧氧化膜层结构进行分析测试,所采用的手段主要有X-ray、SEM、EDS和XPS.通过测试发现,膜层中的物相Mg、MgO、MgSiO3、MgAl2O4会随着膜层深度的不同有不同的分布.通过表面价态和结合能的分析,发现膜层中还含有少量的SiO2和Al2O3.并测试了一些含Mn或Cr的着色膜表面,发现样品表面不含有Mn或Cr元素,这些元素应该是通过表面层多孔结构进入到膜层较深处参与反应并分布在膜层深处.     

镁合金微弧氧化技术的研究进展

介绍了镁合金微弧氧化技术的研究现状,重点介绍了电解液体系、添加剂、氧化时间和电解液温度等工艺参数对镁合金微弧氧化陶瓷膜层组织和性能的影响,分析指出对微弧氧化机理的研究和得到稳定的生产工艺条件是镁合金微弧氧化技术的研究重点。     

镁合金微弧氧化陶瓷层的耐蚀性

通过NaCl中性盐雾腐蚀试验定性地分析镁合金微弧氧化陶瓷层的耐蚀性，初步研究了陶瓷层表面微观结构对其耐蚀性的影响。结果表明：镁合金微弧氧化陶瓷层的微观组织结构的结合方式和生长方式直接影响其耐蚀性，微弧氧化试样的耐蚀性与陶瓷的厚度有关，陶瓷层厚度的增加并不一定能使其耐蚀性提高。     

镁合金表面微弧氧化放电现象及氧化膜特性分析

为研究AZ91D表面微弧氧化过程中的放电现象及膜层特性,采用高速摄像机记录微弧氧化试样表面在Na2Si O3-Na OH电解液体系下放电过程的瞬间图像。用扫描电子显微镜(SEM)对微弧氧化膜层截面形貌和表面形貌进行观察,利用X射线衍射仪(XRD)分析膜层的相组成。结果表明:AZ91D合金在微弧氧化稳定阶段,放电过程呈周期性变化规律。AZ91D合金微弧氧化膜层由致密层与疏松层构成,靠近基体一侧为致密层,膜层外侧为疏松层,在疏松层表面存在微孔和裂纹缺陷,膜层最大厚度约为169μm。陶瓷膜层主要由Mg O和Mg2Si O4相组成,且以Mg O相为主。     

镁合金微弧氧化技术研究进展

介绍了镁合金微弧氧化技术研究现状,重点总结了微弧氧化机理研究现状,详细介绍了电解液体系及电参数对镁合金微弧氧化陶瓷膜生长以及膜层性能的影响规律,最后探讨了当前镁合金微弧氧化研究的不足,指出了后续研究方向.     

超声-微弧氧化医用镁合金体外降解性研究

利用声电化学原理,将超声波引入到微弧氧化过程中处理医用镁合金,以提高其耐蚀性能。采用40 kHz功率分别为0、60、90、120、150、180 W的超声波,研究超声波功率对涂层在生理盐水中耐蚀性能的影响。测定涂层的接触角,研究涂层亲水与疏水性能。利用电化学腐蚀方法测定镁合金平衡腐蚀电位、电流密度和线性极化电阻。采用SEM、EDX和XRD对涂层的表面及断面形貌、涂层表面及腐蚀涂层表面的钙磷比率、腐蚀产物的相组成进行分析。结果表明:超声波增加了涂层及腐蚀层表面的钙磷比率,从而可以提高涂层材料的生物活性,同时还提高了微弧氧化生物涂层的耐蚀性能。与未加入超声波处理的微弧氧化镁合金的耐蚀性相比,当超声波功率为120 W时,微弧氧化涂层的接触角达到最大值91.95o,具有疏水性,腐蚀平衡电位–0.404 V,其较基体的腐蚀电位提高了1.032 V,其线性极化电阻达到最大值,耐蚀性能最佳。     

钛合金耐磨微弧氧化制备技术的研究进展

钛合金质量轻,比强度高,尤其耐蚀性优异,在海洋、航空航天、医疗器械等领域应用越来越广泛.但钛合金硬度较低,摩擦因数高,粘着磨损、磨粒磨损和微动磨损倾向大,极大限制了其作为摩擦部件的应用.微弧氧化处理可以获得硬度高的陶瓷质膜,附着力强,既可以单独使用来提升钛合金的耐磨性,又能与多种后处理方式兼容,是提高钛合金耐磨性的有效...     

铝合金微弧氧化陶瓷涂层研究进展

简述了微弧氧化技术的基本原理和优点,着重介绍了实验参量,如电源模式、电解液组成、电压、频率、占空比、氧化时间、基材成分等对铝合金微弧氧化的影响,总结和分析了铝合金微弧氧化陶瓷涂层微观结构与性能的特点及其关系。最后,针对目前铝合金微弧氧化陶瓷涂层研究领域存在的问题,提出了今后的研究方向。     

镁合金微弧氧化技术的研究进展

结合国内外微弧氧化技术的研究成果,综述了成膜过程火花放电机理及陶瓷层的生长过程,总结了电解液组成、电源类型、工作模式、电参数以及基体材料等对微弧氧化膜性能的影响。根据近年来微弧氧化技术用于镁合金表面处理的发展状况,介绍并分析了几种封孔处理的优化方法,重点介绍了工艺更为简单的原位封孔技术。同时也对镁合金微弧氧化技术的发展趋势和应用前景进行了展望。     

基于神经网络的镁合金微弧氧化膜厚动态监测

选择三层结构的BP神经网络,建立镁合金微弧氧化膜厚的映射模型。基于采用带放电回路的脉冲电源进行的镁合金微弧氧化的实验结果,讨论了微弧氧化的几个主要参数对膜层生长的影响关系,从而确定了神经网络的输入参数。通过工艺试验构造了训练与测试样本集。训练得到的BP神经网络的测试结果表明,利用神经网络的方法来实现对膜厚的动态监测是可行的。     

医用多孔镁基合金材料制备技术的研究进展

介绍了医用多孔镁合金的优势,综述了当前多孔镁基合金制备技术的研究进展。阐述了粉末冶金法制备医用多孔镁合金工艺中存在的问题。指出提高多孔镁合金材料骨架部分强度可显著改善其力学性能。在保证医用多孔镁合金具有大量孔隙的同时,使材料骨架部分的晶粒细化,才能制备出高质量多孔镁基合金材料。     

医用镁及镁合金表面可生物降解有机高分子涂层的应用

近年来,镁及镁合金由于其生物可降解性和良好的生物相容性,在医疗器械领域的应用获得了迅速的发展,然而过快的降解速率限制了其在临床上的应用。可生物降解有机高分子涂层是一种降低镁及镁合金降解速率的有效表面改性方法,同时还可赋予镁及镁合金医疗器械多种功能性。首先综述了可降解有机高分子涂层对镁及镁合金耐腐蚀性能和生物相容性的影响。可降解聚合物涂层能阻碍腐蚀性介质与基体的接触,从而延长其降解时间。而涂层对基体的保护提供了碱性较弱的环境,更利于细胞的生长增殖;同时涂层随着基体一起降解,可降低聚合物长期存在生物体内可能引发炎症反应的风险。此外,对聚合物涂层在骨科以及心血管支架领域的应用以及进展进行了综述。一方面,可降解聚合物涂层能显著延长镁及镁合金在生物体内的作用时间;另一方面,涂层可以作为载体材料通过携带具有不同功能的试剂或者药物实现医疗器械的功能化,如促进骨愈合和药物的可控释放。因此,可降解聚合物涂层在镁和镁合金器械领域必将起到无可替代的作用。     

2024铝合金表面微弧氧化及封孔处理对其疲劳性能的影响

对2024铝合金采用标准硬质氧化(依照我国现行航空用铝合金硬质氧化工艺标准)、微弧氧化、微弧氧化/封孔三种工艺进行处理,在典型应力比(R=-1.0)条件下,对比了三种样品的疲劳性能。结果表明:硬质氧化后的2024铝合金,在低载荷和高载荷下的疲劳性能均比未处理的2024合金差;微弧氧化处理后的样品,在低载荷下的疲劳性能比未处理的2024铝合金好,在高载荷下的疲劳性能则相对较差;微弧氧化并封孔处理后的样品,在高载荷和低载荷下的疲劳性能均比未氧化处理的2024铝合金基材好。