对于镁合金的微弧氧化,电解液主要是以硅酸盐为主,加入pH调节剂,用于调整电解液的pH值,利于微弧氧化涂层生长,加入的性能改善剂,不仅可以提高电解液的导电性,而且能改善微弧氧化涂层的特定性能。86491
T。 F。 Banon等人[22]的研究表明,加入其它的一些物质可以提高膜层的一些性能,提高涂层的厚度可以加入四硼酸钠和偏铝酸钠,提高涂层的光泽度及耐腐蚀性能可以加入氟化钾。刘君等人[23]在AZ91D镁合金表面,利用微弧氧化技术在KOH、铝酸盐及硅酸盐3种溶液体系中制得了陶瓷膜层,该实验采用直流脉冲方法。分析了各膜层的厚度、显微硬度、相组成和耐蚀性能。结果表明,在不同条件下,陶瓷膜层的增厚速率不同,膜层的相关成分也不同。姜兆华等[24]利用微弧氧化技术在AZ91D镁合金表面原位生长出陶瓷膜层,电解液是硅酸钠、偏铝酸钠及硅酸钠和偏铝酸钠,该实验研究并且分析了陶瓷膜的形貌特征、相结构及耐腐蚀性能。
1 微弧氧化基本原理及特点
微弧氧化(Micro arc Oxidation, MAO)又称等离子微弧氧化(Plasma Micro arc Oxidation, PMAO)或等离子体电解氧化(Plasma Electrolyte Oxidation, PEO),就是采用电化学方法,将镁合金置于电解质溶液中作为阳极,把不锈钢作为阴极,在镁合金表面生长出陶瓷层的方法。
微弧氧化陶瓷层与基体间是冶金结合,植入人体后在服役期间不容易脱落,而且陶瓷层的电绝缘性能好、耐磨损、耐腐蚀。目前,微弧氧化技术已成为镁合金比较常用的表面处理方法。
2 生物医用镁合金微弧氧化膜层存在的问题
镁合金通过微弧氧化处理生成表面生物陶瓷涂层,可以较好的提高表面的耐腐蚀性,由于镁合金自身性质和降解速度快以及陶瓷层的生长特性,导致其耐蚀性差而不能很好的满足实际应用[25]。经过研究发现,只是采用微弧氧化技术处理的镁合金,几十个小时之后便开始出现腐蚀点[26],不能达到实际的服役要求。分析可知,镁合金微弧氧化陶瓷层耐腐蚀性差主要有以下三个原因:
(1)镁的自腐蚀电位为-2。36V,比较负,放置在空气中容易发生氧化反应而导致氧化镁陶瓷层的耐腐蚀性变差。
(2)由于氧化镁膜层致密系数a<l,使氧化镁陶瓷层疏松多孔,不利于对基体的防护。
(3)镁合金微弧氧化是高温高压的放电过程,会使陶瓷层表面存在大小不一的微孔,这就容易使腐蚀介质通过微孔进入基体,而使基体受到腐蚀,影响镁合金耐蚀性。
综合以上分析,镁合金微弧氧化陶瓷膜层有很高的孔隙率,并且组织疏松,这些缺陷在很大程度上影响了基体的耐腐蚀性能,使Cl-等腐蚀介质侵蚀基体的速度加快,均影响其耐蚀性。研究者经过一系列的研究发现,在镁合金微弧氧化陶瓷层表面采用封孔处理,能明显降低表面孔隙,阻止腐蚀介质进入,这样就能对微弧氧化陶瓷层起到保护作用,能很好的提高镁合金耐腐蚀性。本实验中我们通过电泳工艺对微弧氧化膜层进行封孔处理,封孔材料采用具有生物相容性的羟基磷灰石(HA)。