镁合金表面氧化锆生物活性涂层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医用金属材料领域，涉及一种在镁合金表面构筑氧化锆陶瓷涂层的方 法。
【背景技术】
[0002] 镁合金密度低，比强度、比刚度高，与人体自身骨组织力学性能接近，尤其是其具 有独特生物可降解性，因而受到广泛关注。但是，镁合金的耐腐蚀性差，在人体内的降解速 度与组织愈合速度不匹配，直接影响植入的成功率，进而限制了镁合金在临床中的应用。为 了提高镁合金体内植入效果，需要改善其耐腐蚀性。表面改性可以有效提高镁合金耐腐蚀 性能且不影响其本体的机械性能，因此得以广泛应用。近年来，一些等离子体技术，如等离 子体气相沉积、等离子体热喷涂、阴极弧沉积、等离子体注入等，开始应用于镁合金表面改 性。但是，这些等离子体技术都是基于气相技术，往往需要复杂的设备和较高的能量消耗， 且样品处理过程也比较长，进一步增加了实施费用。此外，要提高镁合金体内植入效果，除 了改善其耐腐蚀性，如何促进其与细胞/组织的相互作用，加速机体修复也十分重要。但目 前应用于镁合金表面改性的这些等离子体技术从未涉及赋予功能化界面生物活性的问题。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于克服现有气相等离子体处理方法设备复杂、处理成 本高以及处理后的镁合金表面不具有生物活性等缺点，提供一种在镁合金表面制备兼具耐 腐蚀性和生物活性的氧化锆陶瓷涂层的方法，操作过程简单，无需特殊设备，制备成本低。
[0004] 经研究，本发明提供如下技术方案：
[0005] 1.镁合金表面氧化锆生物活性涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0006] A.电极的预处理：将镁合金片用砂纸打磨至表面光亮，洗净，干燥，备用；将石墨 用砂纸打磨光滑，洗净，干燥，备用；
[0007] B.电解液的配制：以无水乙醇为溶剂，配制浓度为10~100g/L的Zr (NO3)4乙醇 溶液作为电解液；
[0008] C.液相阴极等离子体处理：以步骤A预处理后的镁合金片作为阴极、石墨作为阳 极，浸入步骤B配制的电解液中，采用电压为300~500V、频率为100~1000Hz、占空比为 10 %~50 %、阴阳间距为3~6cm的直流脉冲电源对镁合金进行液相阴极等离子体处理，处 理时间为30~90分钟，即在镁合金表面形成氧化锆生物活性涂层。
[0009] 进一步，步骤A是将镁合金片依次用100目、300目和2000目的砂纸打磨至表面光 亮，用丙酮超声清洗5分钟，干燥，备用；将石墨用2000目的砂纸打磨光滑，用水超声清洗5 分钟，干燥，备用。
[0010] 进一步，步骤B是以无水乙醇为溶剂，配制浓度为50g/L的Zr (NO3) 4乙醇溶液作为 电解液。
[0011] 进一步，步骤C是采用电压为400V、频率为IOOHz、占空比为40 %、阴阳间距为4cm 的直流脉冲电源对镁合金进行液相阴极等离子体处理，处理时间为60分钟。
[0012] 2.采用上述制备方法制得的表面具有氧化锆生物活性涂层的镁合金。
[0013] 本发明的有益效果在于：本发明利用液相阴极等离子体技术，在镁合金表面构建 了一种兼具耐腐蚀性和生物活性的氧化锆涂层，该涂层表面粗糙多孔，与镁合金基体结合 良好，能够有效提高镁合金的耐腐蚀性和细胞相容性，还具有制备工艺简单，无需特殊设 备，制备成本低等优点，为镁合金的表面改性提供了一种新途径，同时为镁合金作为生物医 用材料奠定了基础。
【附图说明】
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0015] 图1为实施例1中原始镁合金的X-射线衍射图谱。
[0016] 图2为实施例1中表面具有氧化锆涂层的镁合金的X-射线衍射图谱。
[0017] 图3为实施例1中原始镁合金的扫描电镜图。
[0018] 图4为实施例1中表面具有氧化锆涂层的镁合金的扫描电镜图。
[0019] 图5为实施例1中镁合金表面沉积氧化锆涂层前后的动电位极化曲线图。
[0020] 图6为MTT法检测成骨细胞在实施例1中原始镁合金和表面具有氧化锆涂层的镁 合金提取液（按细胞培养液体积与试样表面积之比为lml/cm2的标准在37°C、5% CO2、湿度 95%的无菌条件下浸提72小时作为提取液）中分别培养1、4、7天的细胞活性图。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0022] 实施例1
[0023] A.电极的预处理
[0024] 将镁合金片依次用100目、300目和2000目的砂纸打磨至表面光亮，用丙酮超声 清洗5分钟，干燥，备用；将石墨用2000目的砂纸打磨光滑，用去离子水超声清洗5分钟，干 燥，备用；
[0025] B.电解液的配制
[0026] 以无水乙醇为溶剂，配制浓度为50g/L的Zr (NO3) 4乙醇溶液作为电解液；
[0027] C.液相阴极等离子体处理
[0028] 将步骤A预处理后的镁合金片作为阴极、石墨作为阳极，浸入步骤B配制的电解液 中，采用电压为400V、频率为IOOHz、占空比为40 %、阴阳间距为4cm的直流脉冲电源对镁合 金进行液相阴极等离子体处理，处理时间为60分钟，使镁合金表面生成ZrO2陶瓷涂层。
[0029] 采用扫描电子显微镜观察镁合金用液相阴极等离子体处理前后表面形貌的变化， 结果见图1和图2,用液相阴极等离子体处理后，镁合金表面形成的陶瓷涂层的相组成为 t-Zr02和Hi-ZrO2，说明电解液直接参与了等离子体电解反应，对涂层的相组成具有重要影 响。因此，通过调整电解液的成分、浓度等参数，可以设计和控制涂层的组成而不受金属基 材的限制。
[0030] 采用X-射线衍射仪分析镁合金用液相阴极等离子体处理前后表面相结构的变 化，结果见图3和图4,与原始镁合金相比，处理后沉积ZrO2涂层的镁合金表面更加粗糙。
[0031] 采用动电位极化测试镁合金用液相阴极等离子体处理前后的表面耐腐蚀性，结果 见图5。通过Tafel方法对镁合金和镁合金表面沉积ZrO2涂