本发明涉及一种用于镁合金微弧氧化制备Ca-P陶瓷膜的电解液，以及利用该电解液处理镁合金表面获得生物活性Ca-P陶瓷膜的方法。
背景技术：
：医用金属材料以其高强韧性、耐疲劳、易加工成形性等优良的综合性能，是临床上应用最广泛、用量最大的一类生物医用材料。目前临床应用的金属材料面临的主要问题是其不具备生物活性，常用的解决途径是对其进行表面改性，使植入材料表面具备一定的生物活性，从而达到提高其临床使用性能的目的。镁及其合金具有良好的生物相容性，其密度和弹性模量与人体骨骼接近，现在国内外科学家对医用镁合金的研究越来越多，因此镁合金作为一种新型医用金属材料具有巨大的应用潜力。然而将镁合金直接植入人体，与体液发生腐蚀，与骨骼摩擦磨损，难以起到固定修复的作用。镁合金在生理环境中过快的腐蚀速度使其丧失了力学支撑性能，限制了镁合金在临床医学上的进一步应用，而镁合金微弧氧化Ca-P膜可提高镁合金在人体液中的耐腐蚀、耐损性。技术实现要素：为解决上述问题，本发明提供了一种用于镁合金微弧氧化制备Ca-P膜层的电解液，以及利用该电解液处理镁合金表面获得生物活性Ca-P陶瓷膜层的方法。为达到发明目的，本发明所采用的技术方案是：配置电解液，并加入到微弧氧化电解槽中，在制备过程中用搅拌器对槽液进行搅拌，使电解液分布更加均匀。所述电解液为硅酸钠、氢氧化钾、三聚磷酸钠及乙酸钙的水溶液，电解液组成如下：硅酸钠5-15g/L氢氧化钾1-5g/L三聚磷酸钠1-5g/L乙酸钙1-5g/L溶剂为去离子水。优选的，电解液组成如下：硅酸钠10g/L氢氧化钾2g/L三聚磷酸钠3g/L乙酸钙4g/L溶剂为去离子水。本发明还涉及利用前述电解液对镁合金进行表面处理的方法，所述方法包括：采用直流脉冲微弧氧化装置对镁合金表面进行微弧氧化，将镁合金作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为5-12A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为7-16min，得到表面包覆陶瓷膜层的镁合金。优选的，所述方法如下：电解液组成为：硅酸钠10g/L，氢氧化钾2g/L，三聚磷酸钠3g/L，乙酸钙4g/L，溶剂为去离子水；采用20kW直流脉冲微弧氧化装置对镁合金表面进行微弧氧化，将镁合金作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为5-12A/dm2左右，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为7-16min左右，得到表面包覆陶瓷膜层的镁合金。所述镁合金通常指AZ31、AZ91D等常用镁合金。本发明的有益效果为：（1）微弧氧化获得的Ca-P膜提高了耐磨性，同时，Ca-P膜的成分与人体骨骼相似，具有较好的生物活性，拓宽了镁合金的用途；（2）制备的Ca-P膜与基体结合力强，厚度可控；（3）微弧氧化时间较短，对电能耗损小，成本较低，也利于工业化生产。附图说明附图1为AZ31镁合金及微弧氧化Ca-P膜在不同滑行时间下的磨损体积。具体实施方式下面结合具体方式对本发明进行进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。实施例1：原料配制：硅酸钠18g，氢氧化钾5g，三聚磷酸钠7g，乙酸钙9g，去离子水2L，AZ31镁合金基体。材料制备：按上述组成，将硅酸钠、氢氧化钾、三聚磷酸钠和乙酸钙加入去离子水中配成电解液，加入到微弧氧化电解槽中，并对其进行搅拌。采用20kW直流脉冲微弧氧化装置对镁合金表面进行微弧氧化，工艺流程为：砂纸打磨、除油、去离子水、漂洗、微弧氧化、自来水漂洗、自然干燥，电解液为分析纯的水溶液，试样作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为10A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为8min，得到具有表面生物活性的Ca-P陶瓷膜层。实施例2：原料配制：硅酸钠10g，氢氧化钾2g，三聚磷酸钠5g，乙酸钙10g，去离子水2L，AZ31镁合金基体。材料制备：按上述组成，将硅酸钠、氢氧化钾、三聚磷酸钠和乙酸钙加入去离子水中配成电解液，加入到微弧氧化电解槽中，并对其进行搅拌。采用20kW直流脉冲微弧氧化装置对镁合金表面进行微弧氧化，工艺流程为：砂纸打磨、除油、去离子水、漂洗、微弧氧化、自来水漂洗、自然干燥，电解液为分析纯的水溶液，试样作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为12A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为7min，得到具有表面生物活性的Ca-P陶瓷膜层。实施例3：原料配制：硅酸钠30g，氢氧化钾8g，三聚磷酸钠2g，乙酸钙6g，去离子水2L，AZ31镁合金基体。材料制备：按上述组成，将硅酸钠、氢氧化钾、三聚磷酸钠和乙酸钙加入去离子水中配成电解液，加入到微弧氧化电解槽中，并对其进行搅拌。采用20kW直流脉冲微弧氧化装置对镁合金表面进行微弧氧化，工艺流程为：砂纸打磨、除油、去离子水、漂洗、微弧氧化、自来水漂洗、自然干燥，电解液为分析纯的水溶液，试样作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为5A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为16min，得到具有表面生物活性的Ca-P陶瓷膜层。实施例4：原料配制：硅酸钠20g，氢氧化钾4g，三聚磷酸钠6g，乙酸钙7g，去离子水2L，AZ31镁合金基体。材料制备：按上述组成，将硅酸钠、氢氧化钾、三聚磷酸钠和乙酸钙加入去离子水中配成电解液，加入到微弧氧化电解槽中，并对其进行搅拌。采用20kW直流脉冲微弧氧化装置对镁合金表面进行微弧氧化，工艺流程为：砂纸打磨、除油、去离子水、漂洗、微弧氧化、自来水漂洗、自然干燥，电解液为分析纯的水溶液，试样作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为10A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为12min，得到具有表面生物活性的Ca-P陶瓷膜层。采用HV1000显微硬度计测试试样的显微硬度，载荷为0.49，加载时间10s，表1为实施例1-4制备的样品不同点处的显微硬度值：表1实例显微硬度（HV）1340.2,336.8,331.5,338.42342.6,339.5,351.2,350.43353.6,345.3,361.2,354.74362.3,358.7,360.9,355.8由表1可知，本发明方法获得的陶瓷涂层显微硬度值变化较小，均分布在300至400之间，分布均匀。采用MGW-02高速往复摩擦磨损试验机对人体仿生液中的微弧氧化Ca-P膜进行磨损试验，得到载荷为5N时，不同滑行时间下，AZ31镁合金与微弧氧化Ca-P膜的磨损体积。由图1可以看出，不同滑行时间下，AZ31镁合金的磨损体积曲线始终在微弧氧化Ca-P膜曲线上方，这说明AZ31镁合金的磨损体积始终大于微弧氧化Ca-P膜，这说明微弧氧化Ca-P膜能提高AZ31镁合金的耐磨损性。当前第1页1 2 3