rczeng的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/rczeng

博文

镁合金腐蚀研究进展(77)—镁合金AZ31表面Mg-Al-Ga-LDH/MAO复合涂层的体外降解和生物相容性

已有 1372 次阅读 2023-9-23 10:13 |个人分类:科研进展|系统分类:科研笔记

摘要:本文涉及镁合金AZ31表面原位制备Mg-Al-Ga-LDH/MAO复合涂层的体外降解和生物相容性。采用低温水浴法在微弧氧化镁合金AZ31表面制备了一种新型的抗菌Mg-Al-Ga层状双氢氧化物(LDH)涂层。研究了复合涂层的形态、组成和微观结构。具有纳米片结构的Mg-Al-Ga-LDH涂层覆盖了多孔MAO涂层。该涂层具有优异的耐腐蚀性能,并且由于Ga3+的成功负载,涂层表现出良好的生物相容性和抗菌性能。

 一、MAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层制备

如图1,应用由HNMAO-20A-DPM400电源和配备有不锈钢板的PMMA制造的电解池组成的MAO装置来制备MAO涂层。将浓度分别为0.03MNaOHEDTA-2Na溶解在去离子水中,加入0.05M Ga(NO3)3·9H2O。最后,将MAO涂层的AZ31样品置于60℃的上述溶液混合物中。即得MAO/Mg-Al-Ga-LDH

图1 MAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层制备流程机理图

2示出了MAOMAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层的表面形态图像。如图2ab所示,在MAO涂层表面观察到具有微裂纹的典型多孔形态。此外,从图2cd中,MAO涂层表面的微孔和微裂纹消失,而MAO涂层的表面完全被玫瑰花状纳米片覆盖。对于MAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层,元素P含量的降低表明MAO涂层被覆盖。此外,元素AlGa的存在意味着AZ31衬底中的元素Al和溶液中的元素Ga参与了LDH涂层的形成。然而,Mg/Al原子比约为9.92:1,远大于3:1,其中M(OH)2中的一些Mg2+离子由于引入Ga3+离子而被Ga3+取代。结果表明,Ga3+离子成功地掺杂到顶层。


(a, b) MAO和(c, d) MAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层的SEM图像

   图3中XRD在2θ=10.95°处对应于LDH的衍射峰(003)和22.09°处的(006)在图4c中观察到,也证明了Mg-Al-Ga-LDH的成功制备。


(a) AZ31, (b) MAO(c) MAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层的XRD.


(a) MAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层的XPS图谱和(b) C 1s, (c) N 1s, (d) Al 1s, (e) Ga 3/2p和(f) Mg 1s 峰的高分辨图谱

图4XPS显示Al2p的光谱由Al(OH)3(74.0eV)和Mg-Al-LDH(74.55eV)基团组成。Ga3/2p的峰分为两个峰,分别对应于Ga2O3(1117.5 eV)和Mg-Ga-LDH(1118 eV)基团。这表明Ga3+成功地引入到复合涂层中,并以氧化物和LDH的形式存在于LDH中。

二、MAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层耐蚀性能

电化学阻抗测试,极化曲线测试被用于测试样品的电化学性能。对于阻抗测试来说,低频区(0.01Hz)的阻抗模量|Z|越大,代表相应样品的耐蚀性越好。如图4所示,MAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层的|Z|达到3.34 × 105 Ω·cm2远高于AZ31MAO样品。极化曲线测试(图5左)中也可以看出MAO/Mg-Al-Ga-LDH涂层显著降低了合金的腐蚀电流密度。析氢测试(图5右)同样证明,涂层显著降低了合金的析氢速率。可以看出,涂层明显提高了合金耐蚀性。


图5() bare AZ31, () MAO coating() MAO/Mg-Al-Ga-LDHHanks溶液中的EIS和等效电路图