有机含锌电解质对医用镁合金微弧氧化膜性能影响

作     者：张泽钰 

作者单位：江西科技师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张荣发

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：镁合金 微弧氧化 含锌电解质 耐蚀性 锌含量 

摘      要：镁元素在自然界广泛分布,是人体必需的宏量元素之一。镁合金是最轻的结构金属材料,其密度和杨氏模量和人骨接近。镁合金作为可降解金属材料,能够避免二次手术,被认为是一种革命性的可降解金属骨科植入材料。但由于镁合金在生物体内降解速度过快,无法满足临床使用要求。微弧氧化(Micro-arc oxidation,MAO)作为一种表面改性技术,能够在保持镁合金优异生物材料性能的基础上,显著提高其耐蚀性,并通过遴选电解质,将对人体有益元素引入涂层中,实现涂层功能化。本论文选用不同有机含锌电解质,分别在中性和碱性电解液中,通过改变电解液组分,在镁合金表面制备含锌涂层,不仅可提高氧化膜耐蚀性,同时实现涂层功能化。本论文主要开展了以下三方面的工作:1.在中性电解液中,比较了EDTA-ZnNa、葡萄糖酸锌和乙酸锌对涂层表面形貌、化学组成、和耐蚀性影响。实验结果表明:EDTA-ZnNa、葡萄糖酸锌和乙酸锌均能有效提高涂层耐蚀性,在葡萄糖酸锌和EDTA-ZnNa溶液中制备的涂层分别取得最佳和最差耐蚀性。随着葡萄糖酸锌浓度提高,涂层中锌含量增加,而耐蚀性随锌盐浓度增加开始提高,到达最优点(0.0344 mol/L)后下降。2.应用上章实验结果,选用葡萄糖酸锌作为含锌电解质,研究了碱性溶液中葡萄糖酸锌浓度对涂层表面形貌、化学组成和耐蚀性影响。实验结果表明:微弧氧化处理能显著改善镁合金耐蚀性。随着锌盐浓度提高,耐蚀性和涂层中锌含量都是开始不断提高,到达最优点(8 g/L)后继而下降。3.在相同基本溶液中,对比了5 g/L甘氨酸锌、天门冬氨酸锌和氨基酸螯合锌对涂层性能影响。实验结果表明:在含天门冬氨酸锌溶液中制得的涂层不仅锌含量最高,而且耐蚀性也最好。然后采用四因素三水平正交试验,研究了氢氧化钠、植酸钠、硅酸钠和天门冬氨酸锌浓度对氧化膜耐蚀性的影响。影响氧化膜耐蚀性的主次顺序是植酸钠氢氧化钠硅酸钠天门冬氨酸锌;影响锌含量的顺序为天门冬氨酸锌植酸钠氢氧化钠硅酸钠。当电解液含8 g/L氢氧化钠、8 g/L植酸钠、10 g/L硅酸钠和3 g/L天门冬氨酸锌时,涂层耐蚀性最好。