镁合金电泳沉积HA/GO复合涂层耐腐蚀性研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dahinter11
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近年来,镁合金的研究得到了国内外学者的密切关注,主要是由于镁合金具有高的比强度、屈服强度接近人骨以及与人骨相近的弹性模量(45 GPa)。利用镁合金可生物降解的特性,可将其作为潜在的医用材料。然而,Mg合金的平衡电位低,电化学性能不稳定,在腐蚀介质中易发生腐蚀,制约了镁合金的广泛应用。羟基磷灰石(HA)可以有效地提高Mg合金的耐腐蚀性和生物相容性。然而,由于Mg合金基体表面缺乏促进HA成核生长位点,因此直接在Mg合金基体上沉积HA涂层相对困难。氧化石墨烯(GO)的含氧官能团可提供丰富的成核位点,并促进HA的成核。Y2O3因其力学性能与人骨非常接近,常被用作骨修复材料的添加物。Y2O3与HA粉末混合可以增强HA的密度和力学性能,可作为骨组织工程中骨再生和重建的一种新型材料。本文在AZ91Mg合金表面使用电泳沉积方法制备GO、HA-GO以及掺杂稀土金属氧化物(REO,Y2O3和La2O3)的HA-GO-REO复合涂层。使用X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对复合涂层成分进行分析,用扫描电子显微镜(SEM)对复合涂层形貌进行分析。使用经典的三电极体系在电化学工作站上进行电化学阻抗(EIS)和极化(Tafel)实验,并在0.9 wt.%Na Cl和3.5 wt.%Na Cl腐蚀液中进行浸泡实验,研究复合涂层在腐蚀液中的耐腐蚀性,主要实验结果如下:在电泳沉积过程中研究不同的分散介质、电解质、沉积时间以及沉积电压等工艺参数对超声辅助电泳沉积GO涂层的表面形貌以及耐腐蚀性能的影响。实验结果表明,分散介质采用异丙醇,电解质为Al Cl3时,涂层间的孔洞较少,涂层更加致密,当沉积时间为120 s以及沉积电压为150 V时,所得GO涂层的耐腐蚀性更好。通过采用超声辅助的方法,在AZ91镁合金基体表面制备碳酸化的HA-GO复合涂层。结果表明,超声处理使GO层片剥离并促进了CO2在GO层片表面的吸附,最终在异丙醇悬浮液中通过超声辅助EPD生成B型碳酸HA。通过电化学测试可知,HA-GO-0.33复合涂层在氯离子(Cl-)浓度较低的0.9 wt.%Na Cl溶液中的耐腐蚀性能较好,而在氯离子(Cl-)浓度较高的3.5 wt.%Na Cl溶液中,HA-GO-0.50复合涂层的局部耐腐蚀性更好。考虑到Tafel极化和EIS的结果,复合涂层微观结构,表面孔隙率和HA-GO复合涂层中碳酸HA含量以及在孔/裂纹中形成的GO-Mg/Ca配合物。在不同腐蚀介质中,HA-GO复合涂层/Mg(OH)2膜界面析出的GO-Mg/Ca保护膜对提高AZ91镁合金耐腐蚀性做出了合理的解释。实验结果表明,AZ91 Mg合金的显微组织和孔隙率,碳酸HA含量,孔/裂纹中GO-Mg/Ca配合物的形成以及Na Cl溶液中Cl-浓度对提高Mg合金耐蚀性具有明显的协同作用。通过添加稀土金属氧化物(REO)提高HA-GO复合涂层的致密度,使得复合涂层的耐腐蚀性能进一步提高。这是由于HA-GO与轻镧系纳米粒子(La2O3)两者之间的转变,导致了“海胆”状结构的形成。添加了Y2O3的HA-GO-Y2O3复合涂层的表面更加均匀化,片层间的缝隙减少,使得涂层更加致密,这是因为Y2O3与HA生成无序网状结构,包覆在复合涂层表面,从而使得缝隙减少,形成了更均匀且孔隙少的复合涂层。理论上说明了,网状结构提高了HA-GO-Y2O3复合涂层的耐腐蚀性。
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