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氧化钽复合涂层耐蚀性能

2021-07-23

微弧氧化涂层与镁合金基体具有冶金结合力。但是,其多孔结构和微裂纹导致侵蚀性溶液很容易入侵到微弧氧化/基材界面,形成微电偶腐蚀。我们通过原子层沉积技术,在微弧氧化涂层上沉积了一层致密且具有生物相容性的氧化钽纳米薄膜,以密封微孔并调控降解速率。

微弧氧化涂层具有微孔和微裂纹的表面形态。这导致腐蚀性离子通过通孔侵入微弧氧化/基体界面,导致电偶腐蚀,限制了涂层的使用寿命,加速了后期腐蚀。目前,对多孔的微弧氧化涂层进行后密封处理显得尤为重要。密封处理根据原理可分为水合反应,碱处理,无机和有机填充材料等。


水合反应和碱处理是将微弧氧化样品置于沸水或碱性溶液(如氢氧化钠)中以形成氢氧化物(如氢氧化镁)并产生体积膨胀,从而达到密封的效果。但是,氢氧化镁在干燥的环境中,会失去水分子,变为氧化镁,孔径恢复到原始大小,失去保护作用。


无机填充物(例如溶胶-凝胶)和有机填充物(例如聚乳酸)常被用作密封剂。作为物理密封,溶胶-凝胶涂层在干燥过程中不可避免地会产生微裂纹,从而导致长期耐腐蚀性降低。Zeng等(ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 2016: 10014-10028)在Mg-1Li-1Ca合金上制备了微弧氧化/聚乳酸复合涂层。结果表明,微弧氧化涂层在模拟体液中的有效寿命仅50 小时。浸泡140小时后,聚乳酸涂层出现鼓泡现象。这是由于聚乳酸具有高透水性,并且与MAO涂层通过机械或物理结合,结合力较弱。虽然可降解有机涂层具有一定的保护作用,但弱的结合力很容易引起有机涂层的剥离。而且有机涂层的水解问题也限制它的应用。


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