表面活化预处理和生物相容性的金属和合金用于生物医学应用

文摘

改善医疗植入物的生物相容性、骨突材料的化学成分(如羟磷灰石)可以沉积在各种基板的表面。羟磷灰石沉积在骨科植入物表面时,必须解决几个参数包括快速骨的生成的需要,机械稳定性高、耐腐蚀、生物相容性、骨整合归纳。然而,沉积过程可以失败由于羟磷灰石涂层的附着力差金属衬底。增加附着力提高化学成键和最小化biocoating退化可通过表面活化和预处理技术。表面激活能增加附着力biocoating植入物,提供保护生物环境和限制体内金属离子的浸出。本文综述了基质的主要表面活化和预处理技术如钛及其合金、不锈钢、合金、镁和CoCrMo合金。碱性、酸性和阳极氧化技术及其对bioapatite沉积的影响讨论的基板。其他化学治疗和技术结合使用时对某些材料。钛的表面预处理改善TiO的厚度₂被动层,提高附着力和羟磷灰石涂层的粘结。减少腐蚀和磨损率在不锈钢的表面,不同表面修饰增强bioapatite涂层和基体之间的结合。使用表面修改也提高了羟磷灰石涂层在镁表面的形态和极限浓度的镁离子释放到身体。CoCrMo合金的表面处理也减少有害离子释放体内的浓度。文献综述是覆盖表面预处理,然后进行羟磷灰石的沉积使用电镀或其他湿沉积技术和主要局限于2000 - 2019年。

1。介绍

研究了羟基磷灰石(HAp)涂料的骨科和牙科领域由于其工程相似人类骨基质。它的无机矩阵可综合了各种模拟体液(SBF)解决方案,通常被称为汉克的,林格氏,Kokubo的解决方案(1- - - - - -3]。佐藤Kokubo在1990年代建立了SBF溶液显示体外和体内行为之间的相似性特定微晶玻璃的组成(1]。许多研究已经致力于修改SBF解决提高涂层的生物活性和生物相容性的质量(4,5]。最近,Leena等人已经开发出一种方法对HAp的加速度合成过程从超过24到3小时(6]。对于植入应用程序,金属表面涂以HAp不仅减少直接接触金属车身流体,但改善生物相容性和生物活性的新骨的形成(7,8]。HAp涂层提供了一个释放的有害元素之间的障碍从金属基质进入身体,也降低了摩擦系数的移植及其周边地区(9]。

尽管HAp生物相容性,其附着力差特性涂层的底物很难承载装置。体内测试HAp涂层显示缺乏金属基体的结合强度或吸收进身体4,5,7]。不同的电化学沉积技术,如电泳、脉搏的潜力,和直接的潜力,实现了提高粘附强度和长期可靠性7,10]。然而,粘附强度也受到不同的表面活化技术的影响。表面活化技术过程的底物是通过预处理步骤修改为了改变表面形貌,氧化层的化学成分、结构和形成新的表面特征9]。表面激活能增加附着力HAp的植入物通过改变基质上的化学键和最小化biocoating退化。激活表面提供了防止体内体液和抑制金属离子渗透到生物,减少腐蚀的植入物(如点蚀、应力、裂隙和接触腐蚀)(11]。

(Ti)钛及其合金、不锈钢(SS),和镁(Mg)及其合金是最常见的基质用于植入物(10,12- - - - - -17]。此外,使用CoCrMo合金也一直在研究基质(18]。图1显示了近似发表研究论文的数量从2000年到2019年为提高医疗植入物,包括(但不限于)腐蚀研究中,细胞生长的影响在植入物的存在,以及各种方法来提高衬底HAp涂层的附着力。

在这些材料中,钛及其合金的首选,因为类似的弹性模量与骨表面氧化和自然发生的。镁合金和CoCrMo合金最近出现了医疗植入体内研究。镁合金由于安全的能力感兴趣的降低体内骨愈合后。镁合金表面活化的仍是期望的,因为植入物需要持续时间很长,足够骨再生。使用CoCrMo合金作为一种替代方法研究了钛合金由于更好的力学性能尤其是高表面强度导致更好的耐蚀性(19]。

综述,几种不同的表面活化技术将全面覆盖金属表面的预处理。这些方法包括蚀刻在酸性或碱性介质,浸泡在H₂O₂,采用阳极氧化,喷砂,以及结合这些技术的几个一起的受热量驱使过程促进表面转换。初加工衬底做是为了帮助提高金属基体之间的界面粘结强度和HAp涂层(9,12,20.]。

2。表面活化技术

2.1。钛衬底

钛基板及其合金广泛应用在骨科和牙科应用程序承载基板由于其高机械性能和低弹性模量。Ti (100 GPa)的弹性模量是更类似于骨(~ 30 GPa)比其他材料,如316 l不锈钢(210 GPa)和钴铬合金(220 - 230 GPa) (9,21,22]。钛金属也具有良好的化学稳定性和生物相容性是由于二氧化钛(TiO的被动氧化层₂)在其表面形成的。自然形成的二氧化钛层是几纳米厚(2 - 6海里)23),负责其化学稳定性和生物相容性。众所周知,自然会形成一个钛氧化物层当暴露于空气和水。被动氧化层的功能是消除释放金属离子进入人体,以避免有害的反应和毒性24]。了大量精力致力于增加氧化层的厚度,以改善其bone-bonding财产和弥补nonbioactive行为(25]。氧化层的厚度可以通过化学和热治疗增加几微米。锐钛矿和金红石晶体TiO的阶段通常强调₂因为他们比其他TiO诱导apatite-forming能力和稳定₂阶段。各种表面修改一直鼓励TiO调查₂被动层,导致更好的附着力和更强的债券之间的衬底和羟磷灰石沉积膜;这些包括碱性、酸性和H₂O₂环境激素。

2.1.1。碱性预处理

碱性预处理通常用于钛基板创建水合氧化钛凝胶层。在预处理过程中,氢氧根离子攻击钛表面形成钛酸钠(Na₂“透明国际”₅O₁₁)水凝胶层(26]。氢氧化物的形成群体在钛表面的碱性预处理TiO发生₂第一个部分溶于碱性溶液;的反应是认为继续水化。氢氧化越组与水合物TiO的反应₂,表面变得越消极。这导致钛酸钠水凝胶层的形成,这一层是不稳定的,因此,需要热处理机械稳定层。描述反应发生的机制在碱性预处理过程如下所示(26]: 图2显示了一个示意图的预处理过程形成的磷灰石钛表面的合金类型。

预处理过程后,钛衬底浸在SBF溶液治疗。TiOH将形成通过释放Na⁺离子通过离子交换与H₃O⁺离子诱导磷灰石的成核。TiOH组将创建一个本地化的负电荷和选择性地结合与带正电的Ca^{2 +}从SBF溶液,形成钛酸钙(比率₃)[27,28]。Ca^{2 +}表面产生一个正电荷,吸引离子形成磷灰石。平衡(6)说明了HAp的形成在SBF溶液(26]:

几项研究已经报道浸泡钛衬底在5 M氢氧化钠等在不同的温度下24小时60或80°C电解沉积之前HAp涂层。这将导致一个更生物活性磷酸钙涂层(27,28]。经过预处理和电解沉积钛衬底上的HAp涂层,准备注入衬底。成键与周围的骨头在注入形成的初始阶段快涂层在使用氢氧化钠处理由于表面积增加。Yanovska et al。27)浸泡的Ti合金200毫升35%的氢氧化钠水溶液为2小时60°C,然后在室温下48小时。这种涂料开发了一个密集的HA复合层的非晶涂层。羟磷灰石的沉积是通过热衬底的方法(衬底温度达到105°C,溶液的pH值6.5,2小时治疗),开发了一个1.04毫米厚,表面均匀的涂层。

使用碱性预处理后,可以应用热处理后增加氧化层的结晶度。氧化物凝胶层形成了哦^{- - - - - -}自由基攻击的钛表面转换成钛酸结晶。锅等人在5 M氢氧化钠预处理Ti基质24小时在80°C后用蒸馏水洗净,干24小时40°C (28]。衬底然后热处理1小时在600°C和冷却到室温。alkali-heat治疗形成了多孔表面和松散结构除了诱导异构磷灰石的成核。扩展的热处理保证了氧化层坚持金属衬底。

碱性预处理表面的钛纳米管也研究了Parcharoen et al。29日]。首先,电解质溶液中阳极处理是包含90卷%甘油和10卷% NH₄F在水中而施加脉冲电压或+ 20/-4 + 35/-4 V 90分钟创建一个TiO₂层。阳极氧化膜样品被加热在450°C碱性预处理前30分钟。退火,阳极氧化钛样品被浸泡在1 M氢氧化钠在50°C 2分钟前预处理过程HAp的沉积29日]。钛表面的SEM扫描表明,纳米管有一个统一的形状在使用+ 20/-4 V 5和25°C;然而,纳米管形成一个非均匀的形状使用+ 30/-4 V时的温度。碱处理的影响也被研究,在未经处理的钛衬底的表面。面向HAp涂层作为一个成立的棒状结构,微晶尺寸100 - 300 nm左右。另一方面,涂层是无向的棒状结构表面的钛衬底预处理微晶的大小在100 - 200海里。相比传统涂层阳极氧化钛和钛的区别,得出HAp涂层更附着的阳极氧化钛与哦——组织将更好的表面形成密集的涂料。通过形成TiO₂纳米管几何、涂层之间的结合强度和表面处理和未经处理的表面之间的明显改善。

2.1.2。酸性预处理

酸治疗实现增加表面积和衬底的粗糙度。酸溶液最初将删除腐蚀金属表面自由和自然氧化层的厚度增加。这将增加金属之间的接触和成键和机会提供更好的钙磷酸盐结晶。Hayakawa等人铭刻在硫酸钛金属基板(H₂所以₄)前一个脉冲电流电沉积法沉积HAp (25]。基质是浸泡在不同浓度的硫酸(25、50、75和97%)为30分钟60°C。根据硫酸的浓度,Ti的x射线衍射峰强度反射会减少或增加。例如,Ti(002)反射的强度随浓度的增加而降低₂所以₄。在高浓度的97% H₂所以₄,表面类似于未经处理的表面由于不活跃的性质对氧化钛金属酸。粘附时大大提高蚀刻在50 - 75% H₂所以₄。后处理,HAp-coated基片加热在600°C 60分钟。进一步热处理增强附着力减少HAp微晶的大小。

氢氟酸(HF)是一种常用的酸治疗的医疗植入物,有助于提高债券响应和更好的植入附件(30.]。浸泡在室温下1和40%的HF 1分钟减少烃表面内容,增加表面能和潜在的bioacceptability钛衬底(30.]。纯钛商业样品退火在950°C 1小时前浸酸溶液。XPS被用来分析和研究特点的钛表面酸性前后处理。虽然高频预处理诱导快HAp的形成,HAp涂层在一个未经处理的底物表现出更高的结晶度比底物治疗。越快HAp的形成是不利的,因为使用衬底晶体比未经处理的基板。然而,实现高频预处理后,高频样品减少表面污染和增加TiO治疗₂层厚度。Yanovska等人研究了钛表面预处理的效果相比,使用10%水溶液的高频和预处理方法使用H₂O₂或氢氧化钠27]。研究者发现,蚀刻表面使用高频创建了一个表面负电荷,Ca的速度增加^{+ 2}离子附着基质。高频预处理导致与针状晶体结构的HAp晶体表面上相比其他预处理方法。总的来说,Yanovska et al。27)得出结论,高晶体表面本身对更好的表面改性。

纯钛的治疗使用5 wt %草酸在100°C的热氧化在450°C 2, 4, 6人力资源研究王et al。23]。与酸溶液腐蚀后,表面含有一层薄薄的氧化钛作为TiO(3 - 7海里₂)。然而,在热氧化过程中,氧化层的厚度急剧增加,对样品加热2 - 4小时(30 - 50海里)和样品加热6小时(100 - 150 nm) (23]。样品保持6小时的烤箱有最高的(金红石的相对重量百分比),接触角降低,和更好的成骨的能力体外和体内。

磷酸的方法也被证明是有效的。沉浸钛基板在1 - 2% (w / w) H₃阿宝₄解决方案在180°C 2小时Teflon-lined反应堆,紧随其后的是后续的热处理在400°C 12小时显著提高润湿性,成骨细胞细胞反应,骨植入接触和展出microrough表面结构(24]。磷离子纳入钛表面特征作为结晶水合磷酸氧化钛薄膜表面上,Ti₂O (PO₄)₂(H₂O)₂。

2.1.3。H₂O₂预处理

一个小时₂O₂预处理是一种有效的方式来增加磷酸钙涂层的生物活性属性,因为它增加了表面积的衬底,诱发骨突磷灰石层在较短的时间内(在电沉积和/或SBF浸泡),并提供更有利的网站对磷酸钙成核。H₂O₂氧化钛形成anatase-type TiO₂结晶度较低(TiO的电影₂凝胶)表面上,氧化钛或钛氢氧化物沉淀。(所示的氧化过程7)[27,31日] TiOH组织表面的形成是一个有利的前兆磷灰石的形成,为图如图所示2。HAp的形成途径titanium-treated表面SBF溶液中所示(8)和(9)[27]。

有好几个不同版本的H₂O₂治疗;几如表所示1。建筑师等人实施了chemical-hydrothermal治疗通过结合使用过氧化氢/硝酸和紫外线照射31日]。比其他方法更乏味,自从磁盘淹没在浴室被放在Teflon-lined高压釜在453 K开始前12小时紫外辐照过程。然而,紫外线照射的影响表面的衬底提供统一的40纳米立方晶体。TiO HAp的形成₂在SBF包含大量的球状星团和获得均匀的薄膜。

2.1.4。阳极预处理

氧化层的特征属性可以通过改变阳极处理的参数定制过程(氧化)除了包含有价值的化学物种从电解质溶液。电极反应与field-driven离子扩散过程中阳极氧化形成氧化层之间的阳极,通过恒压阳极和阴极33]。电解质溶液,使用不同的电解液的pH值,阳极处理时间,应用可能会影响氧化膜的结晶度和形态。氧化钛自然生长有2 - 6纳米的厚度;为了增加氧化层的厚度,阳极氧化是一个不错的选择由于其低成本,简单的实验,控制涂层的厚度34]。钛,电解液可能由多种酸、中性的盐和碱的解决方案;但是,酸性电解质通常青睐由于对氧化物形成更高的亲和力比其他电解质(35]。这首选预处理过程可以进行不规则的基质,并允许容易和简单的控制晶体生长。

氟离子的添加(-0.5 ~ 0.05 M F^{- - - - - -}电解质溶液中)是一个战略形成self-ordering TiO的添加剂₂通过阳极氧化纳米多孔结构。含氟离子电解质有两个重要作用:(1)与钛反应^{4 +}离子的溶解在形成可溶性(TiF oxide-electrolyte接口₆]^{2 -}复杂和(2)化学溶解TiO₂气管无名动脉瘘管的[₆]^{2 -}复杂的(9,33,36]。完成这两个角色导致气管无名动脉瘘管的[的形成₆]^{2 -}复杂,所示(10)- (12)[10,37]。 通过这些反应和F的效果^{- - - - - -}蚀刻、self-ordering TiO的程序集₂建立了纳米多孔结构。燕等人获得均匀的纳米管的阳极氧化5 wt %高频电解液在室温下60分钟使用一个潜在的20 V通过直流电源(Ti正极和铂箔板负极)(37]。这个过程创造了一个TiO₂纳米管层直径在100 nm,增加磷灰石的形成通过电沉积(HAp)和增强粘结强度超过15 MPa通过锚定效应。使用脉冲阳极化技术,Parcharoen等人电化学阳极氧化TiO₂纳米管层钛衬底上使用氟化铵(NH₄F)电解质含有粘性修饰符,如甘油、聚乙二醇(10]。进一步使均匀的纳米管阵列,1 M氢氧化钠碱化处理50°C 2分钟用于阳极氧化钛,形成钛酸钠(Na₂“透明国际”₃O₇)。阳极处理时间的长度和壁厚TiO的影响₂纳米管。当阳极化时间太短,TiO₂纳米管阵列成为不规则由于最初开始时更高的增长率。相比之下,延长阳极处理时间会导致个人孔相互干扰,降低附着力。再分析导致TiO的时间₂层结构改变,改变之间的机械联锁HAp涂层和纳米管阵列。得出的结论是,一个粘性NH电解质溶液组成的10%₄F在水中90%甘油(粘度300 cP)取得了最大的进步和获得最高的一致性,当结合脉冲阳极处理时间为1.5小时(560海里长度、10 nm壁厚)。这是因为离子结合TiO₂形成TiO₂( ),保护纳米管墙对化学腐蚀氟离子(10]。添加修饰符协助当地的规定浓度和pH值的波动,导致平滑和均匀TiO₂纳米管阵列。改进后的附着力增强骨形成通过增加表面积和创建了一个物理HAp和阳极氧化钛衬底之间的锁。

另一项研究沉积磷酸钙涂层钛基板上,利用化学或电化学方法治疗(38]。钛基板被使用化学预处理通过浸泡在3 M氢氧化钠水溶液在恒定的温度为24小时(70°C),或浸泡在H₃阿宝₄+ H₂O₂24小时在室温下的解决方案。钛的电化学预处理执行创建氧化钛纳米管层利用阳极氧化电解液,由NH₄F (0.86 wt %) + DI水(47.14 wt %) +甘油在室温下(52 wt %)。应用电压保持在10到25 V的范围。样品烧结在600°C 1或2小时。钛基板的形态化学和电化学预处理后使用SEM(图进行了分析3)[38]。在3 M氢氧化钠浸后,开发的钛表面一层锋利的毛孔在不同形状(图3(一个))。然而,在预处理与H₃阿宝₄+ H₂O₂解决方案,钛表面相比,似乎更像海绵一样的和统一的治疗(图3 (b))。最后,电化学预处理导致一个非常紧凑的表面与TiO的形成₂纳米管(图3 (c));这些纳米管均匀衬底上彼此分离。纳米管的直径增加应用的电压增加(40 nm 10 V 110海里25 V)。

阳极氧化钛的表面也研究了使用硫酸(H₂所以₄),维拉et al .,电解质浓度变化从0.1到4米,和应用从20到70 V电压变化34]。氧化过程后,样本和去离子水冲洗干下的热空气。一组进行预处理的样品在不同电解质浓度(0.1 - 4米)分析了在不同电压(20 - 70 V);随着电解质浓度的增加,样品的颜色开始改变。在20 V,样品从黑暗的蓝色/橙色不同浓度的黄/绿;在40 V,样品从光橙色,黄色;60 V,样品从暗橙色,红色;在70 V,样品从黄色到紫色和粉色。颜色的变化是由于更高的浓度和电解质的电导率影响增长率或改变底物(阶段的方向34]。然而,表面的形态明显改变从无定形结晶,与外加电压的增加而酸浓度的增加。总之,最好的涂料成立于4 M H₂所以₄使用60 V作为应用潜力;70 V也可以用较低浓度的电解液。

在过去的十年中,有一些报告磷酸阳极氧化的解决方案。在磷酸阳极氧化基础解决方案显示在细胞增殖刺激氧化层由于掺入磷层。根据应用电压、氧化层特征是截然不同的。低电压诱导薄、紧凑和无定形氧化层在高电压击穿电压(过去)展览厚,多孔,水晶氧化层。陈等人进行的一项研究评估的纯钛基体的影响在磷酸阳极化处理在不同应用电压(35]。这个过程是在室温下进行在1米磷酸溶液使用直流电源。每一个纯钛板是阳极氧化膜为2分钟100年,200和300 V。这三个应用电压表现出明显不同的特征。

在100 V(低于击穿电压),密度和均匀的氧化层形成也是由颗粒状颗粒在纳米范围内。潜力的击穿电压200 V和300 V,多孔微结构的陨石坑和毛孔表面上获得了(没有观察到纳米结构)。创建的陨石坑和毛孔在300 V比毛孔在200 V创建更大。击穿电压是影响电解质溶液的浓度;击穿电压随电解质浓度增大而减小。当达到击穿电压,放电将启动较弱的地区的氧化层形成气孔。可怜的结晶度没有TiO的迹象₂观察了100 V和200 V;相比之下,anatase-TiO₂很明显当电压增加到300 V。然而,氧化层中的磷的合并可能抑制阳极氧化层的结晶。虽然高结晶度是观察到300 V,附加最多的细胞在氧化层上完成创建在100 V由于仿生纳米表面形貌。细胞粘附最青睐的形态由一个数量级,促进细胞增殖。

形态也将利用不同的电解液解决方案时截然不同。通过结合不同数量的磷酸、氢氟酸和F^{- - - - - -}当氧化插层到层离子成为竞争力。金等人探索这种现象通过阳极氧化钛箔(99.6%)在不同的解决方案;结果列在表2(39]。

当只使用高频作为电解液,TiO₂层显示点的结构,表明形成氧化层迅速溶解在溶液中。的磷酸,沙粒组成的颗粒(< 100海里)产生点的表面。H₃阿宝₄延迟氧化溶解。随着H的浓度₃阿宝₄增加,颗粒的大小减少,导致技术和纳米管的形成(~ 200 nm直径)。短长度的碳纳米管(100海里)可以形成在1 M H的混合物₃阿宝₄和1 wt %高频低势,如20 V。

许多其他研究比较电解质TiO电影发展的解决方案₂钛(40,41]。刘等人研究了阳极氧化钛在硫酸和磷酸酸(41]。稳定屏障阳极电影可能是由应用10到60 V (vs SCE)在1 M H₂所以₄或1 M H₃阿宝₄。氧化层厚度随着外加电压的增加而增加。外加电压越高,较大的纳米管形成(从25-45 50 - 100 nm)。

各种电解液解决方案的影响的形态学钛图中可以看到4(42]。在这项研究中高频和H₃阿宝₄混合物被用作电解液中阳极氧化钛。

在其他的研究中,阳极处理潜在有强烈影响表面的形态。阳极氧化钛的合金在0.5 wt % HF + 1 M H₃阿宝₄在20 V命令产生纳米管直径80纳米(图4 (c))。阳极极化电位也影响纳米管直径。200 - 250纳米氧化层厚度是~ 2小时的处理时间。

2.1.5节讨论。喷砂

喷砂磨料技术用于喷射高压的材料对表面改性等清洗、粗化,活化金属表面(43]。一旦在金属表面喷砂材料侵犯,导致动量和动能转移的影响,创建一个大面积的晶格缺陷。这是由晶格吸收动能执行表面融化在微观范围内。这个过程如图5。

刚玉(Al₂O₃)是常用的载体材料喷砂材料用于牙科和整形外科的应用;艾尔₂O₃选择由于其硬度、颗粒形状和低成本。这是一个nonsolution过程也可以用于制备金属基板。Gbureck等人涂TiO的刚玉核心₂和羟磷灰石多孔壳,从而使用氧化铝核心作为载体材料,在钛表面喷砂层(43]。爆破压力为0.4 MPa 20 s /厘米²是使用。这种方法减少污染与刚玉和强化了原生钛的氧化层。氧化铝粒子也被用于Ti-6Al-4V合金的表面喷砂过程轻木等。44];样品喷砂在0.3 MPa的压力,90°角,使用420 - 600μ米氧化铝粒子;每个样品抛光2到10秒。样品表面喷砂之前和之后使用SEM表征。SEM照片表明,钛合金表面的粗糙度增加爆破处理后,最优粗糙度为3.4μ米在7秒,但表面的粗糙度下降至3.1μ米10秒,这表明,表面往往会成为令人窒息的样本处理超过10秒。与钛刚玉并不局限于喷砂,但适用于其他材料如不锈钢和CoCr-alloys。

2.1.6。结合技术

技术,如喷砂、酸浸和阳极氧化可以组合在一起来修改钛衬底的表面和创建一个表面纳米多孔结构。例如,羟磷灰石电镀钛衬底上和粘接强度,涂层的依从性和形态学研究通过比较钛沉积前的预处理方法(45]。钛板(10×10×1毫米)抛光使用200年,400年,600年和1000年的毅力砂纸,之后在0.3 MPa 30年代与喷砂用石英砂。治疗后,喷砂(某人)样本ultra-sonicated水清理多余的残留。这些样本下沉浸在49 wt %硫酸为1小时60°C;样品都是喷砂和酸处理标签Ti (SBA)样本。最后,Ti (SBA)样品在glycerin-water阳极氧化电解液(v: 1:1)和10 g / L NH₄在20 V F 1小时后通过加热在450°C一个小时。Nanobrushite涂层电化学沉积在基板从电解质溶液包含10 g / L Ca (NO₃)和4 g / L (NH₄)₂HPO₄在3 V为1小时。最后,样本与丙酮清洗,乙醇、去离子水和干40°C。表面处理过程后,所有样品都沉浸在SBF溶液1、3、7、14天在37°C, SBF溶液是每隔一天刷新一次。利用XRD分析了钛衬底之前和之后的沉积,因此,从阳极氧化钛钙磷石峰的强度(SBA)样品强度最高的择优取向(020)飞机。也透钙磷石表面阳极氧化钛(SBA)样本似乎最均匀结构厚度约80海里(45]。

2.2。不锈钢衬底

奥氏体年级AISI 316 l不锈钢的也被广泛用作医疗和牙科金属应用程序(46,47]。不锈钢(SS)含有不同比例的铬(Cr)和其他金属,如锰、镍、铁和钼。党卫军最终会生锈,腐蚀氧化铁层,当暴露在空气和/或水。不锈钢中的铬创建一个保护性的氧化层表面;因此,铬含量越高,腐蚀速率越低。Cr含量至少10.5%,SS展品自然Cr₂O₃电影(1 - 10纳米厚度)暴露在氧气但不是像当钝化(13]。当金属表面不够与铬合金,形成铁锈。钝化的党卫军发生首先移除任何自由铁或锰硫化物(MnS)夹杂物表面上,通常由酸,消除对腐蚀缺陷的贡献。MnS夹杂物缺陷点点状腐蚀发生的党卫军表面钝化膜的初始不连续(见图6对夹杂物的例子)48- - - - - -50]。

一次治疗,党卫军将氧化铬的氧化铬(Cr₂O₃)形成一个保护层。铬被称为一个被动的启动子由于chromium-oxygen强键的组合而不是-金属粘结强度低,有利于钝化膜的稳定性和快速成核和生长的氧化48,49]。被动的启动子并不是局限于铬,还包括其他元素,如钛和铝。体内的党卫军发生腐蚀镍等金属离子的释放^{2 +}、铬^{3 +}、和铬^{6 +}并影响细胞的增殖和分化除了强大的过敏原和致癌49,51]。以下方法强调以减少腐蚀和磨损率除了增加涂层粘结强度和HAp的生命周期。

2.2.1。碱性预处理

碱性环境创建一个metal-OH层衬底的表面,就像treated-titanium基质。一旦沉浸在碱性溶液,溶解的衬底形成金属氧化物层形成金属氢氧化物创建一个含水凝胶层。碱性处理衬底可以暴露在SBF溶液Ca^{2 +}和毫克^{2 +}将通过离子交换吸附,诱导钙磷酸盐成核(52]。metal-OH层是磷酸钙的关键成核、金属基板。

热氧化技术已经被用于增加铬氧化层的厚度。这是通过将衬底电阻炉的温度从400 - 1200°C (51]。耐蚀性的表面发生钝化膜的形成。林等人在10 M氢氧化钠碱处理316 l不锈钢基板60°C 24小时和在40°C洗涤和干燥后24小时内,样品随后被加热到500 - 800°C (5°C /分钟)在炉为一个小时52]。加热碱处理衬底在不同的温度下表现出一个有趣的趋势。水合物相转变为钠氧化铬(Na₄阴极射线示波器₄在600°C,但阶段一旦温度增加到700 - 800°C,氧化铁(Fe₂O₃)和铁氧化铬(FeCr₂O₄)开始出现。铁钝化层导致不稳定的出现在影片中,进一步导致接口层剥落。随后在600°C是最优热处理,认为反应来标示的地方(13)[52]。

热处理600°C以上诱发弱势被动层来自氧化铁的松散结构和铁铬氧化物,降低膜基体的结合强度。氧化铬层是最初的316 l不锈钢表面保护涂层和Na₄阴极射线示波器₄碱处理后形成之上。Na₄阴极射线示波器₄层是层间“链接”强烈债券与HAp和氧化铬。

2.2.2。酸性预处理

酸性环境是非常有效的和有效的。酸去除MnS夹杂物除了创建强大的被动层基质的氧化铬含量和鼓励高尚元素富集(53]。美国Kanaan等人探讨了酸预处理对316 l不锈钢的影响与硫酸(13]。硫酸治疗,316 l不锈钢基板被完全淹没在5 - 20% H₂所以₄在室温1小时;随后用蒸馏水冲洗;和干50°C。这种酸处理的被动层广泛探索通过电化学循环极化和阻抗光谱等研究。能量色散x射线分析(EDAX)和电感耦合等离子体原子发射光谱(icp - aes)被用来观察基质金属的吸血。各种H之间₂所以₄治疗使用,15%浓度为最佳。循环的击穿电压极化结果显示最大值+ 680 mV,几乎两倍于原始价值316 l SS (+ 320 mV),表明中国转变为一个高贵的方向。阻抗结果显示最大极化电阻( )值为126.2Ω和电阻抗( )值为2.09 15% H₂所以₄与未经处理的316 l SS (43.72Ω的价值,1.61)的价值。这些结果被认为是由于氧化铬和钼富集。基板将形成强大的被动层当高尚的合金元素存在。研究证明,提高钝化行为派生在不锈钢帽,一个高贵的合金元素,是现在和暴露于H₂所以₄(53]。为了证明这一点,EDAX和icp - aes用来显示不同的浓度后金属表面沉浸在各种H₂所以₄浓度。在15% H₂所以₄,大量的铬和钼在场和低数量的菲比未经处理的316 l不锈钢,铁含量增加,铬和钼含量下降316 l不锈钢衬底时淹没在H 10到20%₂所以₄。这些研究表明强烈的有益影响抗点蚀性和磨损率的不锈钢在密苏里州和Cr集成。

硝酸和磷酸预处理对316 l不锈钢表面有类似的影响,就像硫酸(49,54]。能剧等人研究了硝酸钝化效果316 SS浸在硝酸基质50% 1小时在室温下。结果显示一个有效增加铬钝化膜的浓缩和MnS夹杂物被移除的合金表面处理在20 - 25 wt %硝酸(49]。

2.2.3。电子束表面预处理

与高能粒子轰击衬底是另一种类型的表面预处理,可用于提高耐腐蚀性能和焊接钢的机会。高能、低电流直流电子束表面处理被应用于外科手术级不锈钢Gopi et al。55]。在这个过程中,火山喷发在MnS创建包裹体,产生表面净化效果和成核的网站。党卫军表面变得完全融化和凝固的电子束辐照创建强大的融化区域和衬底之间的界面粘结,防止表面氧化,并消除孔隙和裂缝的形成来源于加热和冷却的效果。316 SS标本表面处理500 keV电子束的能量,电子束电流1.5 mA,使用700 keV直流加速器,通过光束在20米/分钟(两个传球,30年代分离)。HAp电镀处理衬底上的时候,HAp涂层SS-treated衬底的形态学表现出微结构花(非均匀纳米棒/ nanoflakes) 90 - 150纳米的厚度,可能由于网站表面上爆发。根据potentiodynamic循环极化研究,治疗- 316 l SS体现林格氏溶液的高电阻。比未经处理的HAp-coated基质,基质治疗表现出高尚的最大转变方向值的520和172 mV击穿电压( )和repassivation潜力( ),分别。

2.3。镁合金基体

镁合金已成为受欢迎主要是因为这些合金具有良好的可生物降解的特点(56]。尽管Mg合金惰性金属生物材料相比有很多优点,例如,良好的机械性能,生物相容性,这些合金的强度重量比,也有可怜的耐腐蚀性能在氯化解决方案(57]。镁合金被认为是替代不锈钢和铝合金由于其低重量、高强度重量比。虽然镁植入倾向于释放一个可接受的数量的金属离子进入人体,这些离子可以吸收周围的组织,并最终通过了肾脏。另一方面,镁也降解植入后,最终可能对身体有害或延迟愈合时间(58,59]。点蚀的镁开始当氯离子浓度达到0.002 - -0.02 M氯化钠;氯离子吸收到氧化膜将Mg(哦)₂对可溶性MgCl₂(60]。点状腐蚀的物种在镁表面图描述7。

纯镁的弹性模量(45 GPa)实际上是接近,比钛骨;然而,耐蚀性差导致植入物降解在愈合过程结束前。这就产生了氢进化,延迟愈合过程或可能导致死亡和碱中毒60,61年]。氢的平均利率演变为特定研究了镁合金歌曲等。进化的体积氢(ml /厘米²)观察30天,如表所示3(60]。商业纯度镁(CP-Mg)显示平均26毫升的氢进化速度/厘米²/天,这对应于一个测量减肥19-44毫克/厘米²/天。含铝镁合金.(8 - 10%)和含锌ZE41锌(3 - 5%)平均的氢进化速度0.068和1.502 mL /厘米²/天,分别。这些值验证合金可以延缓Mg的生物降解过程。

Mg及其合金沉浸在中性SBF解决方案将提高溶液的pH值~ 11,表面总是高于10的pH值(62年]。当地的碱性化可以影响周围的生理反应pH值平衡Mg植入和导致碱中毒效果如果体内pH值超过7.8。减缓Mg合金的生物降解率也将减缓Mg的生成^{2 +}离子,H₂进化,哦^{- - - - - -}离子,这样人体就可以逐步调整。毫克的电化学降解水溶液中来标示(14)和(15)[59]。 因此,研究镁合金植入应用程序的重点是降低降解率。较大的弹性模量的差异植入和主机之间的硬组织,更多的应力屏蔽效应发生在骨组织(60]。钛相比,应力屏蔽效应可以大大降低镁成为选择。镁表面的自然氧化层形成但展览一个松散的结构,不能提供一个有效的抵抗腐蚀。因此,表面修改几次阳极氧化和腐蚀等在碱性或酸性的解决方案已经应用于修改镁合金基体的表面反应(63年,64年]。表面改性提供了HAp坚持的基础,提供了一个屏障和衬底之间的积极的环境,使底物逐渐释放镁离子进入人体处于最佳的降解率。表面修饰的类型,可以实现毫克合金将在下一节中讨论。

2.3.1。碱性预处理

碱预处理对Mg有几个优点。碱性预处理增加粒子边界引起的转化膜和表面粗糙度也可以帮助蛋白质相互作用、细胞粘附和组织集成(63年]。Grubač等人利用前一步碱性预处理HAp的电沉积。脱脂镁合金(.,wt. %: 8.6, 0.19 Mn,锌0.51,如果0.05,0.025铜,铁0.004,和平衡毫克)衬底沉浸在1.0 M氢氧化钠溶液在80°C 1小时,然后用蒸馏水冲洗(63年]。电沉积磷酸钙,浸泡试验后被重复治疗后2小时。HAp的最终产品表现出针状的树突结构和钙缺乏涂层。存款的钙缺乏HAp bioresorption拥有好。

碱性治疗也已与其他疗法结合使用。碱和热处理证明保持低pH值在纯镁的退化(99.99%)。这个过程是通过浸泡纯镁在NaHCO超级饱和溶液₃-MgCO₃24小时的pH值9.3开始,后跟一个热处理在773 K 10小时(65年]。alkali-heat-treated纯镁基板的质量保持不变14天及表面形态保持7天的表面光滑,表明在SBF良好的耐蚀性。SBF溶液的pH值也监控在浸处理和未经处理的毫克基质。未经处理的样品提高了批量pH值高于10.5后6天(pH值9天2);相比之下,alkali-heat-treated样品达到pH值9.5 5天后在第二天(pH值8.25)但仍持续14天。两步治疗被证明有效的pH值增加的速度较慢。Mg-Ca合金样品也一直在调查与其他类型的alkali-heat-treatments Na₂HPO₄,Na₂有限公司₃,NaHCO₃,紧随其后的是一个12小时热处理在773 K在空气中64年]。尽管所有显示改进原始基质相比,NaHCO₃热处理Mg-Ca合金显示最均匀,致密,和厚的表面,成功减缓基体的腐蚀和提供良好的保护。

Gray-Munro等人用四步预处理工艺对镁铝锌箔(按重量96%毫克:3%艾尔:1%锌)诱导磷酸钙沉淀从溶液通过增加表面羟基的数量已经被证明能对感冒生效的其他材料,如钛和不锈钢(14]。“四段式”治疗方法包括(1)声波降解法在三氯乙烯(30分钟,室温),然后用蒸馏(DI)水冲洗,(2)在Na声波降解法₂有限公司₃(25 g / L)(30分钟,50°C),然后用去离子水冲洗,(3)碱性老化(200 g / L氢氧化钠,24小时,室温),然后用去离子水冲洗,和(4)热处理(140°C, 24小时)。尽管XPS研究显示毫克(OH)的存在₂这可能导致促进羟基表面预处理的氢氧化钠溶液,HAp的表征沉积在镁合金预处理导致很差的水晶钙镁HAp材料。这是由于镁合金基体的阳极溶解过程的早期的成核和沉积磷酸钙涂层(14]。

2.3.2。酸性预处理

镁合金表面与酸预处理也可以修改。蚀刻在F^{- - - - - -}包含解决方案形成一个保护转化膜在衬底上。氟离子有一个期望形成水溶性metal-fluoride复合物的能力,发展和nanotublar self-ordered衬底上生长氧化层(36]。Mg-Zn-Ca合金表现出改进的耐蚀性和生物相容性,当激活40%高频使用脉冲电沉积法(前10分钟66年]。虽然高频的解决方案是有效的,这些解决方案也更危险的,单调乏味的处理。F的替代品^{- - - - - -}更容易处理的解决方案,但仍然有效,KF的解决方案。KF解决方案成本低,简单,生物相容性除了提供较低的细胞毒性水平。Pereda等人已经评估的影响不同浓度KF粉末冶金毫克(毫克(PM))67年]。镁粉(99.8%,325目)冷榨油品310 MPa,获得镁棒,切成1厘米直径磁盘之前机械抛光。Mg (PM)样本在0.1米和1米KF的解决方案从1小时到168小时(7天)。结果表明KMgF的存在₃立方晶体的保护涂层。电化学测试表明,0.1 KF预处理的耐腐蚀合金表现出高于1米KF预处理。其他酸磷酸和硫酸等也可以用来增加表面生物活性(即。在混合酸溶液,2%的H₃阿宝₄和H₂所以₄在室温下5 - 10 s) (62年]。

鞣酸(C_76年H₅₂O₄₆)是一种有机化合物,可以与金属离子反应形成单宁耐酸金属配合物。朱等人进行电沉积的HAp到镁合金(AZ31)使用丹宁酸作为诱导物按照涂层的腐蚀行为的研究在SBF溶液处理和未经处理的样品(68年]。酸处理前,样本浸泡在1 M氢氧化钠24小时之后通过加热在150°C 1小时;之后,样本浸泡和保存在鞣酸为9小时37°C。丹宁酸处理后,底物就沉浸到一个解决方案限制在恒定的温度(37°C) 48小时,帽的解决方案是每24小时更换一次。SBF溶液的浸泡试验完成的样本集包括裸镁合金AZ31,镁合金单宁酸(TA / AZ31)治疗,裸露的镁合金涂层HAp (HA / AZ31)和治疗镁合金涂层HAp (TA /公顷/ AZ31)在表面分析。7天的浸泡试验进行;在实验中,氢释放被报道,SBF溶液是改变每24小时。

沉浸在SBF溶液之前,扫描电镜结果显示,TA / AZ31表面有均匀的结构,减少开裂与裸AZ31表面。偶然也越来越浓,表面更均匀的助教/公顷/ AZ31比HA / AZ31 [68年]。因此,丹宁酸预处理不仅减少开裂表面裸露的镁合金也促进了HAp的沉积到衬底上。在SBF溶液浸泡后,助教/ AZ31显示更少的裂缝和坑相比,AZ31的裸露的表面;均匀、致密和助教/ AZ31表面上形成的球形粒子。助教/公顷/ AZ31浸泡后表面裂缝和坑也少,表面夏枯草在SBF溶液浸泡后再沉积的帽(68年]。EDS也进行的表面TA / AZ31和TA /公顷/ AZ31;结果显示表面的一层新的助教/ AZ31通过检测C O(40.68%)(41.63%)和较低的毫克(17.69%)。表面的助教/公顷/ AZ31, Ca和P原子检测了Ca / P 1.62的比例,这是非常接近的比例羟磷灰石(1.67)68年]。腐蚀测试也表现为所有样本;的价值 , ,和据报道在表4,助教/公顷/ AZ31似乎最好的耐腐蚀性能比其他所有人。

2.3.3。阳极氧化

阳极氧化是一种电解氧化过程,创建了一个厚,耐用,耐磨,附着膜基质。在阳极处理,金属基体作为阳极的电路产生一个防护表面转化膜。歌等人阳极氧化(商业纯度)CP-Mg优惠券包含1.6 wt % K在洗澡₂SiO₃+ 1 wt % KOH,通过应用的直流电流密度20 mA /厘米²30分钟(60]。这个过程导致了~ 4μ米厚的涂层含镁氧化物/氢氧化物和不到30%的硅氧化物/氢氧化物。应该注意的是,该阳极氧化涂层对人体无毒,因为如果在哺乳动物的痕迹至关重要。阳极氧化膜基体被淹没在SBF溶液为一个月,没有检测到氢进化,显示阳极氧化涂层的耐腐蚀质量和它的成功在延缓底物的生物降解。效率高,碱性电解质溶液中阳极氧化优先以及控制温度(69年]。阳极氧化层的厚度也能减少当电解质溶液的温度增加。

2.3.4。微弧氧化(毛)

微弧氧化(毛)最近被用于提高底物的氧化层。而类似于阳极氧化,它是一个电化学过程,使用电位高于阳极氧化诱导放电/等离子体氧化层的结构修改。较高的应用潜力产生电场击穿电压之上创建一个结晶过程不会发生在温和环境(阳极处理)。可能的反应发生在毛Mg或毫克合金所示(16)- (21)[70年]:

在一项研究中,毛泽东对Mg-Ca (1 wt. %)合金锭以固定外加电压在300 - 400 V的范围为10分钟(71年]。毛层的孔隙大小和厚度随着外加电压的增加而增加。发现最优电压在360 V为长期腐蚀保护。毛层由分别和毫克₂SiO₄阶段形成的旁边α毫克的阶段。氢进化的速度(0.007毫升厘米⁻²一天⁻¹)是最减少360 V时应用而不是300 V时应用(0.108毫升厘米⁻²一天⁻¹)。培养介质的pH值为治疗显著降低基质比未经处理的镁合金,pH值9和11个,分别将大大减少毫克解散。改善细胞粘附和增殖也观察到。可以利用类似的和有效的结果在其他生物镁合金,例如,AZ91 . [72年,73年]。

2.4。CoCrMo合金

钴基合金可以广泛应用由于其优良的耐腐蚀性能,生物相容性,和力量。这些合金的钼,骨科植入材料出现了和演示了一个显著水平的多功能性和耐用性(74年]。最近,CoCrMo合金已经充分研究替代其他生物医学合金(即。,metal-on-metal hip resurfacing joints) due to their superior strength and robust surface hardness, which increases resistant to wear in vivo [18,75年- - - - - -79年]。CoCrMo合金的耐蚀性是由于表面自发形成的保护层,抑制腐蚀和金属离子的释放。这个保护层由氧化物,包括Cr₂O₃和其他氧化态、Co-oxides和氧化钼(80年,81年]。表面预处理预防有害金属离子的释放(即。、铬^{6 +})体内,产生理想的表面的材料属性。有更少的研究调查的影响表面预处理CoCrMo合金,研究仍然出现,而钛合金。

2.4.1。酸性预处理

抛光和化学腐蚀酸是最常见的类型的表面预处理CoCrMo合金。清洗过程平滑,表面粗糙度,减少摩擦,提高金属表面之间的粘附强度和HAp的电影80年]。表面预处理的蚀刻效率随酸的类型使用,浸泡时间和温度。

CoCrMo合金已经铭刻在不同酸的组合包括盐酸、HNO₃、高频和乙酸(80年]。Coşkun et al。18,77年,79年)使用商业提供CoCrMo牙科合金(co - 58.3%, cr - 32%, mo - 6.5%, w - 1.5%,和si - 1.0%)作为衬底。抛光后,基质是脱脂然后用1 M盐酸预处理10%高频的解决方案。添加氨基酸,如天冬氨酸在HAp也影响电沉积在衬底表面的氢进化。图8显示了SEM HAp-coated衬底的一个治疗和治疗(10毫米添加天冬氨酸)CoCrMo合金。未经处理的表面,H₂气体扰乱了涂层形成过程和产生气孔和裂缝。10毫米的天冬氨酸压制氢进化结果产生附着光滑涂层和重大的HAp晶体生长底物(图8)。

也有改善的腐蚀性能CoCrMo样本在SBF溶液添加天冬氨酸。表5列出了和值获得potentiodynamic极化实验处理和未经处理的样品。HAp涂层沉积的最高耐腐蚀观察从10毫米天冬氨酸包含解决方案。一个阳极的转变值大约为-0.480 V和SCE的未经处理的样品-0.300 V和SCE治疗基质是观察表明一个更被动的自然和更好的耐腐蚀涂料。的腐蚀率( )减少治疗CoCrMo基质。

Hamtaiepour et al。80年]使用几种不同的酸预处理,结合热,之前与HAp涂层表面通过物理气相沉积。衬底的表面粗糙度测量每次治疗后和坑衬底被扫描电镜检查。酸预处理的时间和温度1 (HF + HNO₃+乙醇)和2(盐酸+ HNO₃+醋酸+ H₂O)最重要的对表面形态的影响。Micropits开始形成在30秒和240秒50°C使用酸浴2和1,分别。micropits,产生腐蚀后的表面CoCrMo合金,并假设增加涂层材料的粘附强度不牺牲衬底的平滑度(80年]。在另一项研究中,Izman et al。81年)使用两种预处理方法,化学和机械,获得不同的表面粗糙度。化学方法涉及酸洗CoCrMo合金(ASTM F1537)磁盘HNO 50毫升₃(65%)+ 150毫升盐酸(37%),然后在丙酮超声清洗30分钟。所涉及的机械方法抛光镜面抛光的磁盘使用碳化硅和金刚石研磨膏丸。化学和机械预处理样品被氧化在1160°C的马弗炉内三个小时在大气条件下,冷却炉为4个小时。几种类型的氧化物和碳化物等化学处理的样品中发现Cr₂₃C₆,CoCr₂O₄、铬₂O₃、首席运营官、商务部。在这其中,Cr₂₃C₆主导产品观察时使用机械方法以及CoCr吗₂O₄。结果还表明,机械处理样品的硬度高于12%化学处理,在一个更高的碳化物形成使用机械治疗。这是最有可能由于金刚石研磨膏被困的粗糙度山谷与金属基体反应后在氧化过程中形成碳化物。不同的酸类型和组合,蚀刻的时间,酸浴的温度大大影响CoCrMo合金表面的表面形态。上述研究说明了使用不同参数的影响,但许多研究仍需要做测试体内CoCrMo合金基板涂上HAp预处理的质量。

2.4.2。适应型预处理

使用电化学辅助沉积(适应型)作为预处理表明增加HAp薄膜和衬底之间的粘附强度以及提高HAp的形成能力(82年]。这个过程也被用于其他金属植入物如钛、钽合金。在适应型,电流应用于两个电极,沉浸在电解质包含钙和磷酸盐。阴极植入衬底,帽物种沉积。所发生的电化学反应在阴极表面附近包括,减少水和溶解氧(所示(22)- (24))(82年]: 从这些反应,pH值增加本地的上限在阴极表面的成核基质诱导形成和电影。适应型预处理后,碱性治疗随后提高衬底的薄膜的附着力。有很多因素可以改变膜的表面形态包括沉积电流持续时间,电解质溶液的内容(添加氧化剂和有机物种)。王等人。82年)使用CoCrMo磁盘(ASTM F1537)作为底物。磁盘穿过两个预处理和化学治疗后。样品第一次清洗集中H₂所以₄1分钟来删除任何杂质第一预处理。磁盘是适应型通过三电极电化学预处理细胞在过饱和溶液含有钙和磷酸盐作为电解质。电解液中含有氯化钠、CaCl₂,MgCl₂·H₂O, NaHCO₃,Na₂HPO₄h·2₂啊,1 M盐酸;和调整pH值6。一个常数脉冲-1.5 V的潜力在环境温度对饱和甘汞电极,10分钟,应用。的ECAD-pretreated CoCrMo合金产生一种淡黄色的颜色。结果表明,使用适应型作为预处理提高HAp涂层的形成由于形成一层薄的200海里的磷酸钙在衬底的表面。这是由于在阴极本地化pH值增加,促进钙和磷酸盐表面的降水。

2.4.3。氧化预处理

研究表明Ti等其它金属合金,有一个中间氧化层提高依从性HAp涂层的底物(83年,84年]。使用氧化技术来创建表面的氧化层CrCoMo已被证明的香鱼等。85年]。这种技术被用来降低成本和缩短流程时间CoCrMo合金。在氧化预处理之前,衬底与丙酮ultra-sonicated 30分钟紧随其后的是使用压缩空气流完全干燥。氧化层是由加热在1050°C 3人力资源在大气和离开冷却4小时。这个过程创造了一层铬₂O₃,经扫描电镜。HAp涂层是通过浸涂方法既与无氧化层和基质。基质是沉浸在HAp泥浆和撤回200毫米/分钟的速度,这个过程重复了4次完成涂层。最终,涂层烧结在550,650和750°C 1小时。因此,CoCrMo表面氧化预处理后的形态似乎有更高的粗糙度(1μ与未经处理的基板(0.1 m)μ米)。这是解释为增加大小Cr的形成₂O₃100到700纳米的颗粒,导致层创建一个巨大的空洞。这些样品的横截面也分析,这表明,外层(HAp涂层)更紧凑,但薄(12.73μ米)比内层(Cr₂O₃)(51.03μ米)。SEM的HAp涂层处理和未经处理的基板也表现,表明未经处理的基板上的涂层有更多的裂缝是大于的涂层基板处理。香鱼的结论是,烧结温度越高,较小的和更少的裂缝出现在涂层表面。同时也发现,随着温度的增加,薄HAp涂层造成和厚氧化层(85年]。

3所示。结论

综述介绍,有许多研究衬底预处理诱导羟基磷灰石形成,提高生物活性和生物相容性的金属和金属合金。表6讨论编译表面活化技术综述。

表面活化技术可以提高几个属性,形成一个强大的金属衬底之间的障碍和体液和提高耐蚀性86年]。通过配对与热处理表面预处理,可以删除一些不必要的氧化物而其他氧化物促进保护启动(87年]。吉布的标准自由能变化 )值对许多金属氧化物可以从比热计算数据或使用热力学建模软件为了获得平衡氧分压(温度的依赖关系88年,89年]。更稳定的氧化物的分解是通过降低几个数量级的氧气分压。可以通过这些局部压力和高温真空炉和可以作为预处理协议。

应用表面处理去除大部分的夹杂物,发起点状腐蚀。例如,不锈钢和氯离子发起坑增长增加电解液的酸度(见(25))。 坑地区带正电,吸引氯离子,形成2摩尔HCl每摩尔的铁。党卫军表面变成污染由于菲(哦)₂副产品形成每个凹陷区,创建一个解决方案和衬底之间的障碍。在一些情况下,铁的释放到附近的组织所产生的局部腐蚀会导致植入物周围的纤维化(90年]。通过表面活化的党卫军,MnS夹杂物和游离铁离子被以及钝化表面形成氧化铬和丰富莫内容。酸预处理对不锈钢基板不仅可以提高附着力,已被证明会降低镀层的晶粒尺寸纳米复合羟基磷灰石涂层(91年]。

表面活化钛和SS实现类似的功能,当在碱性溶液预处理[92年]。两个底物获得水合凝胶层,后诱发磷灰石形成,说明金属氧的溶解被动层形成金属氢氧化物层。被动获得的碱处理基质层组成的钛酸钠和钛和铬酸钠党卫军基质,分别。氧化层的厚度是钛治疗时最高5 N氢氧化钠和SS 20 N氢氧化钠。研究人员还表示更好的耐蚀性双重或多层应用到植入物,如铬氧化物和氧化钠铬层表面,可以产生316 l SS与HAp涂层(之前49]。清洁的衬底预处理之前也至关重要。基质需要脱脂和抛光的表面活化是有效的。体液含有氯离子,将积极目标引入点状腐蚀(金属和合金49]。

覆盖在本文最常见的金属和合金用于生物医学应用钛及其合金、316 l SS, CoCrMo。这些材料主要应用在骨科领域了关节置换和牙科植入物(93年]。Mg及其合金等材料研究了作为一个可能的替代基质由于其高强度重量比和相似的属性。镁金属的生物降解性能是一个关键的优势,否定需要第二次手术植入物移除。Mg合金的表面改性是同样重要的腐蚀降到最低在使用和鼓励骨整合和生物相容性。例如,电化学阳极氧化已被用来启动厚而均匀的金属氧化物层(36]。建筑与毛内层和HAp涂层外层可以提高腐蚀,提高生物活性和结合强度在Mg合金(94年]。最近的一项研究仅微弧氧化预处理研究孔隙度之间的关系,厚度、显微硬度、表面形态作为微弧参数的函数(95年]。目前微弧技术的频率影响孔隙度和孔隙直径产生的电影。低孔隙度和更好的连续性的电影提高了耐蚀性的电影。碱性的镁合金基体的预处理也显示增强的耐蚀性和粘接强度沉积bioapatite [96年]。这种技术很容易操纵的参数以更好地控制氧化层。碱预处理产生一个毫克(哦)₂薄膜衬底,严格债券。这一层由碱和热预处理增加HAp涂层的结合强度。

植入物的效率并不仅仅局限于表面活化技术,但HAp-coated植入物的稳定性和长期性能也由HAp涂层本身的质量。偶然也有类似的化学组成骨骼和牙齿,也可以提高材料的耐腐蚀性能。特征等HAp的纯度、结晶度、Ca / P比值,微观结构、孔隙度、厚度,当然金属衬底的表面性质都是特性极大地影响质量和性能的涂层植入物(33]。虽然有很多方法可以外套HAp到基板上,电沉积技术相比具有很多优点。其他技术,如不断增长的羟磷灰石通过沉浸在SBF溶液可以几天或几周和极高的热量从等离子喷涂导致一些分解可溶性钙磷酸盐化合物由于羟磷灰石的热不稳定性97年]。电解沉积羟基磷灰石在金属基板上给出了建设性的能力来控制晶体生长和厚度的电影98年]。通过这种控制,参数、形态和大小可以很容易地改变和改进。强大的涂层衬底和环境之间的屏障体液会增加植入物的使用寿命,减少金属吸血的体内。羟磷灰石的增强附着力通过表面活化技术在金属基质植入应用程序是必要的,尤其是对耐蚀性降低降解率。

未来的趋势表明,新的和改进的预处理路线可以使植入物的生物相容性将继续发展。作为一个例子,激光预处理最近开发改善灶植入到周围的骨头。通过增加底物的表面积,可以提高生物相容性。在一项研究中,一种基于激光技术用于生成纳米结构与蛀牙钛合金(20 - 30 nm之间99年]。但是还需要进一步的研究来确定最佳的表面粗糙度,大小,和模式植入微型和纳米结构的生物和机械稳定性增加。控制纳米/ micropattering衬底表面应该影响bioapatite层的属性。未来的研究需要涉及衬底表面上的纳米结构涂层沉积的属性也会随之而来。另一个趋势可能会发现,结合预处理和沉积步骤产生更快的和改进的结果。最近的一项研究了原位合成HAp / TiO₂钛基体上涂层结合anaphoretic HAp的沉积,同时钛阳极处理(One hundred.]。HAp纳米晶体的复合涂料生产高附着纳入氧化膜。类似的组合技术可能持有承诺为所有可以使底物的生物相容性。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢国家司法研究所批准号nij - 2013 - 3361提供支持诉Huynh和UNT法医科学项目提供支持联合国非政府组织。

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