生物医用金属材料的腐蚀与防护

2013-06-01 00:00:00 作者：高瑾来源：《腐蚀防护之友》分享至：

　　对采用钛合金以及不锈钢加工的人工关节，通过离子束进行表面改性，可提高其耐磨性能和抗腐蚀性能，减少植入体在使用过程中产生的磨屑，降低由于磨蚀产物离子析出对植入体周围组织产生的不良反应，提高植入体的服役年限和减少患者的痛苦。

　　例如在不锈钢心血管植入支架NiTi形状记忆合金的表面镀一层聚合物膜或覆盖一层有抗凝基因的内皮细胞膜等来改善支架的生物学特性，能有效降低血栓形成，提高支架的血液相容性。

　　目前应用于生物医用材料的表面改性技术，主要是通过离子注入或电化学方法在基体表面制备生物惰性薄膜，以提高植入物的抗腐蚀性和血液相容性。其中研究较多的是类金刚石薄膜、氮化钮薄膜、碳化硅薄膜、高聚物涂层、纤维涂层、仿生涂层等。

　　对Ti6Al4V合金进行表面处理改性，可以在其表面进行阳极氧化获得比较连续的Ti0₂氧化膜；或者在其表面沉积上一层镀层，如羟基磷灰石（HA）、TiN、TiAlN等。这些表面涂层可以提高材料的生物活性，也能有效改善其表面Ti0₂层的耐蚀性、耐磨性能，延长其使用寿命。

　　Yildiz等对比研究了三种表面镀层TiN,TiAlN和Al₂0₃，发现在这三种镀层中Al203耐磨性能最好，TiAlN硬度最大，且三种镀层都能提高耐蚀性能，其中TiAlN最好。

　　Sout在Ringer's溶液中，用EIS方法对比研究Ti-6Al-4V合金表面镀HA后其耐蚀性能的变化，结果表明带镀层合金的电化学行为特征表现为大面积涂层与孔洞共存，这些孔洞使得钛合金基板暴露在侵蚀性介质中，EIS解析中采用双层膜模型，水合氧化物和磷酸盐化合物的沉积封闭镀层中的孔洞，这种阻塞作用提高了电阻值，但是这些沉淀对于减少系统内金属离子的溶出只起到一定的作用，并不能有效地阻碍金属离子的溶解；陶瓷涂层对钛合金的耐蚀性能影响不大，合金的耐蚀性能主要取决于其表面钝化的能力，陶瓷涂层的孔隙率对此也略有影响。

　　Cabrini在钛合金表面等离子喷涂HA涂层后发现其电流密度增加一个数量级。材料的表面状态也对其耐蚀性能和生物相容性具有重要的影响；Leinenbach研究了四种表面处理方法对两种钛合金的疲劳行为的影响，经过喷砂和热氧化处理的合金疲劳强度减小，而阳极氧化处理过的材料比抛光的疲劳强度要好。

　　针对镁合金，Zhang X P等对比研究了采用微弧氧化的方法前后AZ91合金的耐蚀性能和耐磨性能，结果表明未处理合金的浸渍21天时的平均失重速率是处理后合金的1.5倍，自腐蚀电位由-1.5786V正移至-0.43019V，自腐蚀电流密度由0.028703A/cm²下降至2.0456×10^-7A/cm²，腐蚀性能和耐磨性能都得到显着的提高。王亚明等采用微弧氧化法在MB6镁合金表面制备了含硅和磷元素的MgO陶瓷化涂层，采用SEM、XRD、EDS等方法分析表明：涂层厚约6μm,表面有微孔，但涂层内层致密，在模拟体液中进行浸泡试验后，镁合金基体的失重量明显高于微弧氧化涂层，致密涂层具有较好的抗CL^-离子侵蚀的能力，但随浸泡时间延长，涂层表面出现明显的微裂纹，加速对基体的腐蚀。

　　Shi P等在纯镁表面采用微弧氧化得到多孔的氧化镁涂层，而后采用溶胶-凝胶工艺进行封孔并采用水热处理使其牢固，分析后发现涂层由氧化镁和Ti02组成，厚度12μm,通过电化学阻抗谱和极化曲线测试发现与未处理试样相比，抗腐蚀能力增加了30倍。

　　医用镁合金表面改性己成为新一代生物材料的研究重点，开发具有梯度、可控降解、表面/界面功能的新型医用镁合金生物复合涂层将是生物医用镁合金材料研究的方向。

　　结束语

　　生物医用材料在人体这一严苛的腐蚀环境中的腐蚀性能是决定其使用寿命以及使用性能的关键因素，同时也与生物相容性息息相关。目前生物医用材料正在向多种材料复合、性能互补的方向发展，运用材料学、腐蚀科学、表面工程、生物组织工程、医学和药学等多学科理论，开展生物材料表面改性研究，来有效提高医用金属材料耐蚀性能、生物相容性能，并赋予植入体新的功能，是生物材料领域的发展的重要趋。

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