一种镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀膜层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀膜层的制备方法，先对镁金属进行预处理，然后置于氧化液中，通以交流电，电流密度为0.5‑2.5A/dm2，在15‑30℃温度条件下经过10‑40min时间处理，形成一层氧化功能膜，然后将镁金属用去离子水漂洗后置于纯水中封闭，在镁金属表面获得3‑15μm的氧化膜层。所述氧化溶液的溶质组成为：NaOH 40‑80g/L，Na2SiO3 50‑90g/L，Na2B4O7 40‑80g/L，柠檬酸8‑16g/L，另外还含有可溶性抗菌防霉功能元素盐。经过本发明专利技术处理的镁金属表面有一层氧化膜，该膜层以氧化镁陶瓷相为基体，基体相中弥散分布着抗菌防霉功能元素Ag和Ni，该膜层具有优良的抗菌防霉性能以及良好的耐蚀性，可用于食品、衣物的包装和储存，人体植入医疗器械等许多领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镁金属表面氧化膜的其制备方法，具体涉及一种镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀氧化膜的制备方法。
技术介绍
镁金属具有比强度高、机械加工性能好、减震能力好、导热性好、电磁屏蔽性好、储氢性能优良、压铸生产率高、易切削加工、易回收等优越性能，是一种性能优越的轻金属结构材料，镁金属作为优质的金属结构材料，在航空航天、汽车、电子和医疗器械等行业得到广泛应用。市场上食品的包装、蒸煮和储存多用到铝合金，在腐蚀、摩擦和高温状态下铝容易进入人体，且铝在人体内的积累会导致细胞毒性和细胞功能障碍，引起骨软化、贫血和神经紊乱等症状。而镁元素是人体内仅次于钙、钠、和钾的常量元素，镁离子可催化或激活体内300多种酶，完成体内多种代谢过程，且过量的镁离子可通过尿液排出体外，不会对人体产生不良影响。传统的生物医用材料希望植入材料能在动物或人的体内长期稳定的保持其替代组织的功能。而组织工程要求在人体组织缺损处植入可降解吸收的框架制成材料。组织细胞在框架内增殖生长，同时植入材料逐渐生物降解，最终缺损处长出完好组织。因此要求植入材料能够给细胞及生长因子一个载体，且具有与组织生长相匹配的降解速率。传统的金属植入材料不可降解，而可降解高分子材料降解产生的酸性环境易导致炎症发生，且力学性能通常较低，使其不能用于承重部位，限制了其应用。由于具有优异的生物可降解吸收性、良好的力学性能以及生物相容性，可降解医用植入镁金属越来越受到业界关注。镁金属化学稳定性低、耐蚀性差、在大气环境下极易腐蚀，这成为制约其广泛应用的主要因素之一，因此，必须对镁金属进行适当的表面处理提高耐腐蚀性。在众多的镁金属防腐蚀措施中，对镁金属进行阳极氧化是一种有效的防腐蚀方法。目前，镁金属阳极氧化多使用直流电，使用直流电进行阳极氧化势必造成阳极区附近阴离子特别是OH-的富集(OH-的移动速度很快)，从而导致氧化膜中稳定性较差的Mg(OH)2形成，且反应期间直流电不间断流经氧化膜，产生大量的焦耳热，若热量来不及散发，会引起氧化膜烧损。现阶段针对镁金属阳极氧化膜的研究多集中在耐蚀性和耐磨性能，对抗菌防霉性能研究尚无报道。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种既可以防止氧化膜烧损又可以实现氧化膜的多功能化的镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀膜层的制备方法。技术方案：本专利技术的镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀膜层的制备方法，包括如下步骤：(a)镁金属预处理：对镁金属表面进行打磨，清洗，干燥；(b)配制包括以下成分及含量的氧化液：NaOH40-80g/L，Na2SiO350-90g/L，Na2B4O740-80g/L，柠檬酸8-16g/L，及可溶性抗菌防霉功能元素盐。(c)将步骤(a)中处理好的镁金属置于氧化液中，通以交流电，进行阳极氧化，所述氧化液温度范围为15-30℃，氧化时间为10-40min；(d)将经过步骤(c)处理后的镁金属用去离子水漂洗后置于纯水中进行封孔处理，处理后镁金属表面即形成抗菌防霉耐腐蚀膜层。进一步的，本专利技术上述一种镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀膜层的制备方法中，步骤(b)所述可溶性抗菌防霉功能元素盐为浓度1-10g/L的银盐和浓度5-20g/L的硫酸镍，所述银盐为硝酸银和硫酸银。进一步的，本专利技术上述一种镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀膜层的制备方法中，步骤(c)所述阳极氧化的交流电为电流密度为0.5-2.5A/dm2。进一步的，本专利技术上述一种镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀膜层的制备方法中，步骤(d)封孔处理纯水的温度为90-100℃，处理时间为10-20min。本专利技术方法通过使用交流电在环保新型氧化液中对镁金属进行阳极氧化，使镁金属表面获得了具有优良抗菌防霉性能和良好的耐蚀性的氧化膜，既可以防止氧化膜烧损又可以实现氧化膜的多功能化。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：专利CN105755518A以及传统的阳极氧化工艺中，多使用直流电源进行阳极氧化，使用直流电进行阳极氧化势必造成阳极区附近阴离子特别是OH-的富集(OH-的移动速度很快)，从而导致氧化膜中稳定性较差的Mg(OH)2形成，且反应期间直流电不间断流经氧化膜，产生大量的焦耳热，若热量来不及散发，会引起氧化膜烧损，所得到的膜层粗糙、孔径率大；本专利技术所述阳极氧化过程中使用的是交流电，电流方向周期性变化，电流不是持续不间断通过氧化膜，反应期间散热较直流氧化更加通畅，不至于形成裂纹，有利于获得较为平整且孔隙率较小的氧化膜。此外，使用交流电有利于抗菌防霉功能元素银和镍的沉积，而使用直流电则达不到该效果。专利CN105755518A以及传统的阳极氧化工艺仅能提高镁金属的耐蚀性，而本专利技术的氧化液中含有具有银离子和镍离子，阳极氧化过程中形成和MgO共生的银、镍的氧化物以及单质银和镍。银离子和镍离子本身具有抗菌性，可直接使细菌的外层组织变异从而使细菌灭活，而且高氧化态的银离子具有极高的还原势，能使空气和水中的氧激活成带负电的原子氧O-，激活水分子H2O成为带负电荷的羟氧基团OH-，O-和OH-能使细菌、病毒等微生物的细胞外壳蛋白质变异，而使细菌、病毒等生长繁殖抑制，并促其灭活，所以有杀菌功能，且Ni元素能促进抗霉、杀灭霉菌的功能。交流电正半周，一极板主要发生成膜反应，镁被氧化成氧化镁：Mg+2OH-＝MgO+H2O+2e-，同时银离子和镍离子也被氧化；交流电负半周时，该极板主要发生银离子和镍离子的沉积，Mn++ne-＝M。另一极板则相反，在交流电正半周发生沉积反应，在交流电负半周发生成膜反应。银离子和镍离子随电流方向的周期性变化以单质或氧化态沉积在镁金属表面试样表面，使得氧化膜具有抗菌防霉耐腐蚀的效果，从而实现膜层的多功能化。当银盐浓度在1g/L以下、镍盐浓度在5g/L以下时，抗菌防霉效果不佳；银盐浓度高于10g/L、镍盐浓度高于20g/L时生产成本高且银盐易沉淀结块。氧化时电流密度过大容易造成氧化液温度过高，成分不稳定，继而造成氧化膜膜面粗糙，疏松多孔，故本专利技术将电流密度控制在0.5-2.5A/dm2之间。本专利技术中电解液温度范围为15-30℃，因为温度过低，电解液导电率就差，电解液对膜的服饰速度会过慢，而膜的生长需要一定的腐蚀速度，腐蚀速度过小会影响膜的生长。温度过高，电解液对膜的腐蚀速度过快，加上氧化过程本身就是放热过程，如果热量来不及传递，会产生膜层不均匀、膜层粉化或起灰、膜层灼伤等缺陷。本专利技术中阳极氧化时间为10-40min，电解时间过短，膜层厚度、抗菌性能等达不到要求；若时间过长，易产生缺陷，如膜层不均、起灰等。与将具有抗菌功能的元素加入镁中制备成合金相比，本专利技术在不影响基体材料力学性能的同时，具有更低的成本，以及更简单、高效的工艺路径。通过上述方法制得的具有抗菌防霉耐腐蚀膜层的镁金属材料可取代铝合金，用做食品和衣物的包装和储存，减少人体对铝元素的摄入，同时还能起到抗菌和防霉的效果，使食物拥有更长的保质期，使衣物保存完好的状态。通过上述方法制得的镁金属表面氧化膜不仅具有良好的耐腐蚀性，还具有优异的抗菌消炎效果。具有该氧化膜的可吸收医用镁金属植入物在使用降解过程中起到抗菌消炎的作用，能有效降低手术感染细菌的几率，从而实现医用镁金属植入物的高性能化和多功能化。附图说明图1(a)为通过本专利技术方法制备的纯镁(实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀膜层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(a)镁金属预处理：对镁金属表面进行打磨，清洗，干燥；(b)配制包括以下成分及含量的氧化液：NaOH 40‑80g/L，Na2SiO3 50‑90g/L，Na2B4O7 40‑80g/L，柠檬酸8‑16g/L，及可溶性抗菌防霉功能元素盐；(c)将步骤(a)中处理好的镁金属置于氧化液中，通以交流电，进行阳极氧化，所述氧化液温度范围为15‑30℃，氧化时间为10‑40min；(d)将经过步骤(c)处理后的镁金属用去离子水漂洗后置于纯水中进行封孔处理，处理后镁金属表面即形成抗菌防霉耐腐蚀膜层。

【技术特征摘要】
1.一种镁金属表面抗菌防霉耐腐蚀膜层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(a)镁金属预处理：对镁金属表面进行打磨，清洗，干燥；(b)配制包括以下成分及含量的氧化液：NaOH40-80g/L，Na2SiO350-90g/L，Na2B4O740-80g/L，柠檬酸8-16g/L，及可溶性抗菌防霉功能元素盐；(c)将步骤(a)中处理好的镁金属置于氧化液中，通以交流电，进行阳极氧化，所述氧化液温度范围为15-30℃，氧化时间为10-40min；(d)将经过步骤(c)处理后的镁金属用去离子水漂洗后置于纯水中进行封孔处理，处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：白晶，谭曦，薛烽，周健，张越，陆冶，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32