一种制备钙硅复合涂层的水浴浸渍方法技术

本发明专利技术涉及一种制备钙硅复合涂层的水浴浸渍方法,以钙的化合物和硅酸盐为原料，分别配置溶液，搅拌30min～2h，直至全部溶解；将含Ca溶液滴加到硅酸盐溶液中搅拌30min～2h；滴加酸液使pH维持在4.5～6，搅拌1～2.5h，得钙硅溶液，其中Ca

Water bath impregnation method for preparing calcium silicon composite coating

The invention relates to a water bath impregnation method for preparing calcium silicon composite coating, with calcium compound and silicate as raw material, the solution is mixed with 30min to 2H until all dissolved, and Ca solution is added to the silicate solution to stir 30min to 2H; the acid solution is added to 4.5 ~ 6, stirring 1 to 2.5h, and calcium silicon solution is obtained. In which Ca

【技术实现步骤摘要】
一种制备钙硅复合涂层的水浴浸渍方法
本专利技术属于生物医学材料
，具体涉及一种制备钙硅复合涂层的水浴浸渍方法。
技术介绍
镁及其合金由于其优良的力学性能和生物性能成为了骨修复材料的研究热点。镁合金的密度(1.74～2.0g/cm2)与人骨密度相近，镁合金的弹性模量(45GPa)远低于不锈钢、钴铬合金及钛合金，可以避免“应力遮挡效应“的发生；镁是人体内的必要元素，参与了人体内高达300中酶促反应，所以其对人体时有有益的。其次，随着时间的延长，镁会降解随体液排出，不需要手术取出，免除了二次手术为患者带来的痛苦。然而，由于镁合金的腐蚀电压较低，电化学性能较为活泼，在体内会过快降解，一方面会导致氢气泡增多，另一方面会导致局部pH升高造成碱中毒，这极大地限制了其在临床方面的应用。而镁合金的表面改性被认为是降低镁合金降解速率、延缓镁合金腐蚀的有效方法。作为表面改性常用的无机材料之一，钙硅化合物如CaSiO3和Ca2SiO4具有良好的生物相容性和生物活性，植入人体后可以诱导周围骨组织的生长，与骨形成牢固的化学结合。敏志广等(专利号CN106924816A)采用放电等离子技术加压烧结制备了镁基金属陶瓷复合材料，该复合材料具有讲解性可调控和可促进成骨的显著特点，可以在硬组织缺损修复领域等方面获得应用。此外，钙硅化合物大都具有较好的化学和高温稳定性，这将延缓其在人体体液中的降解速率，进一步发挥其对镁合金的长期保护作用。目前可以采用多种方法在镁合金表面制备钙硅复合涂层，如溶胶凝胶法、化学转化法、电泳沉积法、等离子喷涂法等。其中，何丹农等(专利号CN105327397A)采用溶胶凝胶法结合高温热处理在镁合金表面制备了介孔硅酸钙涂层。介孔复合涂层提高了镁合金的耐蚀性能和降解性能，乙基纤维素的引入提高了涂层与基体的结合强度。李恺等(CN106913905A)采用等离子喷涂法在镁合金表面制备了氧化铈掺杂硅酸钙涂层。上述硅酸钙涂层均能改善镁合金的耐蚀性，但溶胶凝胶法耗时长，等离子喷涂设备较昂贵。与以上方法相比，水浴浸渍法在诸多方法中拥有明显得优势，其具有设备要求简单、工艺简单、制备条件易控、耗时短的特点。目前尚未有用水浴浸渍法在镁合金上制备钙硅复合涂层的报道，故本文采用水浴浸渍法在镁合金表面制备耐蚀性良好的钙硅复合涂层。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种钙硅复合涂层的水浴浸渍方法，工艺简单，耗时短，设备要求低，且显著提高了镁合金在生理环境中的耐蚀性。本专利技术的技术方案如下：一种制备钙硅复合涂层的方法，具体步骤如下：1)钙硅溶液的制备：以钙的化合物和硅酸盐为原料，分别配置溶液，搅拌30min～2h，直至全部溶解；将含Ca溶液滴加到硅酸盐溶液中搅拌30min～2h；滴加酸液使pH维持在4.5～6，搅拌1～2.5h，得到钙硅溶液，其中Ca2+的浓度为0.12～0.30mmol/L，SiO32-的浓度为0.24mmol/L；2)将碱处理后的镁合金放入含钙硅溶液的容器中，使镁合金完全浸没于溶液中，移入水浴锅中进行水浴浸渍反应；反应结束后随水浴锅冷却至室温，取出容器，进而取出镁合金，用洗涤剂清洗，干燥得到钙硅复合涂层包覆的镁合金。所述的镁合金优选进行表面碱处理：将镁合金表面打磨至1500～2000目，然后依次在丙酮、去离子水、乙醇中超声清洗3～10min，烘干；再将镁合金浸泡在0.25～1.5mol/LNaOH溶液中于60～90℃保温，然后用去离子水润洗，烘干。所述的步骤(2)水浴浸渍反应优选在45℃～60℃温度下，反应1～4h。所述的钙的化合物优选是Ca(NO3)2或Ca(OH)2。所述的硅的化合物优选是Na2SiO3或Na2SiO3·9H2O。所述的酸液优选是HNO3。所述的洗涤剂选用去离子水或乙醇。综上所述，本专利技术的核心在于配制含Ca和Si的溶液，再通过水浴浸渍法在镁合金基体表面制备钙硅复合涂层。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术制备的涂层主要由结晶良好的SiO2、CaSiO3和Ca2SiO4晶体组成。(2)本专利技术制备的钙硅复合涂层显著提高了镁合金在模拟体液中的耐蚀性。电化学测试得出其交流阻抗为13KΩ·cm2，即制得的复合涂层显著地提高了镁合金的电化学性能；(3)本专利技术制备设备要求低，工艺简单，耗时短，经济环镜友好，具有较大的商业推广价值。(4)本专利技术可靠性高。对于任何形状、尺寸的镁合金试样，均可以在其表面制备钙硅复合涂层。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的钙硅复合涂层的XRD图谱。图2为本专利技术实施例1所制备的钙硅复合涂层包覆镁合金在模拟体液中的交流阻抗图谱。图3为本专利技术实施例1所制备的钙硅复合涂层包覆镁合金在模拟体液中的极化曲线图谱。具体实施方式实施例1镁合金的预处理：将AZ31镁合金加工成10mm×10mm×2mm的块体，依次用800#、1500#、2000#的SiC砂纸打磨，然后依次在丙酮、去离子水、乙醇中超声清洗10min，热风烘干。配制1.5mol/L的NaOH去离子水溶液100mL。将打磨后的镁合金浸泡在NaOH溶液中于60℃保温1h，然后将镁合金试样用去离子水润洗，烘干，得到预处理的镁合金。钙硅溶液的制备：以Ca(NO3)2和Na2SiO3为原料分别配置溶液，搅拌30min；将Ca(NO3)2溶液逐滴滴入Na2SiO3溶液中，滴加HNO3使pH维持在4.5，搅拌1h，得到钙硅溶液。其中Ca(NO3)2的浓度为0.12mmol/L，PO43-的浓度为0.24mmol/L。钙硅复合涂层的制备：将若干碱处理后的镁合金放入含钙硅溶液的容器中，使镁合金完全浸没于溶液中，移入移至水浴锅中45℃下水浴1h，反应结束后随水浴锅冷却至室温取出容器，然后取出镁合金，用去离子水清洗，干燥得到复合涂层包覆的镁合金。所制备的涂层XRD图谱如图1所示，合成的涂层为SiO2、CaSiO3和Ca2SiO4的复合涂层。涂层的交流阻抗如图2所示，所示复合涂层包覆镁合金的交流阻抗为13KΩ·cm2。涂层的极化曲线如图3所示，得到复合涂层的腐蚀电流密度为2μA/cm2。实施例2镁合金的预处理：将AZ31镁合金加工成10mm×10mm×2mm的块体，依次用800#、1500#、2000#的SiC砂纸打磨，然后依次在丙酮、去离子水、乙醇中超声清洗10min，热风烘干。配制1mol/L的NaOH去离子水溶液100mL。将打磨后的镁合金浸泡在NaOH溶液中于70℃保温1h，然后将镁合金试样用去离子水润洗，烘干，得到预处理的镁合金。钙硅溶液的制备：以Ca(NO3)2和Na2SiO3为原料分别配置溶液，搅拌1h；将Ca(NO3)2溶液逐滴滴入Na2SiO3溶液中，滴加HNO3使pH维持在5，搅拌1.5h，得到钙硅溶液。其中Ca(NO3)2的浓度为0.18mmol/L，PO43-的浓度为0.24mmol/L。复合涂层的制备：将碱处理后的镁合金放入含钙硅溶液的容器中，使镁合金完全浸没于溶液中，移入移至水浴锅中50℃下水浴2h，反应结束后随水浴锅冷却至室温取出容器，然后取出镁合金，用去离子水清洗，干燥得到复合涂层包覆的镁合金。复合涂层包覆镁合金的交流阻抗为12KΩ·cm2。实施例3镁合金的预处理：将AZ31镁合金加工成10m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钙硅复合涂层的水浴浸渍方法；其特征步骤如下：1)钙硅溶液的制备：以钙的化合物和硅酸盐为原料，分别配置溶液，搅拌30min～2h，直至全部溶解；将含Ca溶液滴加到硅酸盐溶液中搅拌30min～2h；滴加酸液使pH维持在4.5～6，搅拌1～2.5h，得到钙硅体系的溶液，其中Ca

【技术特征摘要】
1.一种制备钙硅复合涂层的水浴浸渍方法；其特征步骤如下：1)钙硅溶液的制备：以钙的化合物和硅酸盐为原料，分别配置溶液，搅拌30min～2h，直至全部溶解；将含Ca溶液滴加到硅酸盐溶液中搅拌30min～2h；滴加酸液使pH维持在4.5～6，搅拌1～2.5h，得到钙硅体系的溶液，其中Ca2+的浓度为0.12～0.30mmol/L，SiO32-的浓度为0.24mmol/L；2)将若干碱处理后的镁合金放入含钙硅溶液的容器中，使镁合金完全浸没于溶液中，移入水浴锅中进行水浴浸渍反应；反应结束后随水浴锅冷却至室温，取出容器，进而取出镁合金，用洗涤剂清洗，干燥得到钙硅复合涂层包覆的镁合金。2.如权利要求1所述的方法,其特征是所述碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡舒，江洋洋，李玥，凌瑞，花少帅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12