镁合金表面超疏水涂层的制备及耐磨、耐蚀和生物性能研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 镁合金具有质量轻、比强度高、导热性及铸造性好等优点，在航空、航天、 运输、化工等工业领域具有广阔的应用空间，同时镁合金具有生物降解性、传导 性和良好的生物力学性能，在骨钉、血管支架和血管夹等生物材料领域也有较大 的潜在应用价值。但镁合金性质活泼、极易腐蚀的缺点严重制约了其应用，如何 提高防腐性能，建立与其使用环境相适应的防腐系统是迫切需要解决的重大课题。 “超疏水”表面是一种利用微纳结构和低表面能物质以实现“不沾水”的功能表 面，可以作为金属表面有效防腐蚀涂层，近年来备受关注。然而，超疏水涂层在 使用过程中，当超疏水表面受到机械外力时，结构容易被破坏，低表面能物质也 容易磨损失效，使得疏水性能丧失。因此制备具有较强耐磨性的超疏水涂层是超 疏水走向实际应用的关键环节。 本文在镁合金表面通过不同尺寸的、具有一定疏水性的 SiO2 颗粒构建微纳结 构，成功制备PDMS/SiO 耐磨超疏水涂层，研究了不同尺寸SiO 含量及比例对疏 2 2 水性及耐磨性的影响、涂层的疏水机理、涂层的稳定性及耐腐蚀性。此外，考虑 到镁合金在生物材料方面巨大的应用前景，作为可植入材料的初步研究，我们还 用更为简单的化学方法在镁合金表面制备出Mg/Zn 化合物超疏水涂层，研究了其 形貌、疏水性能、自清洁性能、耐腐蚀性能、涂层的溶血性、血小板粘附性、细 胞毒性以及在模拟体液中的降解性能。 得出的主要结论如下： ① 采用刮涂法在镁合金上制备了PDMS/SiO 超疏水涂层，SiO 颗粒含量大于 2 2 40 wt.% ，同时SiO (40 nm)和SiO (50-250 nm)质量比小于0.5 涂层具有超疏水性能。 2 2 含量分别为0.2 g SiO2 (40 nm)/0.7 g SiO2 (50-250 nm)和0.3 g SiO2 (40 nm)/0.7 g SiO2 (50-250 nm) 的涂层的接触角均大于150º，滚动角也低于 10º，表明该涂层是超疏 水涂层。 ② PDMS/SiO 超疏水涂层在经过50 次砂纸摩擦后接触角仍保持在138º-150º 2 和 133º-153º，其形貌和组成在摩擦前后没有明显变化。同时该涂层经手指按压、 刀划及热重测试表明该涂层具有较好的机械稳定性和热稳定性。 ③ 电化学实验表明，涂覆PDMS/SiO2 超疏水涂层的镁合金腐蚀电位高于镁合 金，其腐蚀电流密度低于镁合金。表明PDMS/SiO2 超疏水涂层提高了镁合金的耐 腐蚀性。 ④ 采用简单的化学方法使用ZnCl2 和硬脂酸(SA)处理镁合金制备出Mg/Zn 化 合物超疏水涂层，其接触角达到 162±1º。该涂层由Mg(OH) 、Mg Cl(OH) •4H O、 2 2 3 2 I 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 Mg(ClO ) •6H O 和Zn 形成的纳米片状结构组成粗糙结构，其腐蚀电流密度低于镁 4 2 2 合金的腐蚀电流密度一个数量级，表明该涂层提高了镁合金的耐腐蚀性。 ⑤ 用血液和生理盐水(PBS)探究了 Mg/Zn 化合物超疏水镁合金的生物相容性 和体外降解性。通过溶血率、血小板粘附和细胞活性实验表明镁合金经ZnCl2 处理 和经ZnCl /SA 处理得到的超疏水样品的生物相容性得到提高。在PBS 溶液中的电 2 化学测试及降解测试都表明Mg/Zn 化合物超疏水镁合金在其疏水性能丧失之前对 镁合金有一定防护作用。