镁合金TiO₂/PMTMS复合涂层耐蚀性能

曾荣昌 山东科技大学

镁合金作为可降解植入材料可避免二次手续。目前，主要的问题还是其耐蚀性能不足。硅烷表面改性是改善其耐蚀性的有效途径。有机硅烷可以在金属表面形成Si-O-Si键，形成阻挡层，提高耐蚀性能。我们已在AZ31合金表面构建聚甲基三甲氧基硅烷（polymethyltrimethoxysilane, PMTMS）/微弧氧化膜(micro-arc oxidation ,MAO) 复合涂层以提高其耐蚀性能（《Corrosion Science》(2017, http://dx.doi.org/10.1016/j.corsci.2017.01.025)）。PMTMS 膜可以作为物理阻挡层封闭MAO膜。但是，MAO膜厚度不容易控制。有必要基于硅烷自愈合功能构建厚度可控的复合涂层以便满足不同腐蚀速率的需要。层层组装电沉积纳米粒子或许是一种获得可调控3D结构的方法。

TiO₂ 纳米粒子有望提高这种复合涂层的耐蚀性。有报道指出，采用溶胶凝胶法（sol-gel）和浸涂法可在镁合金表面制备 TiO₂涂层。TiO₂ 纳米粒子也可放入电解液中来提高镁合金表面MAO膜的耐蚀性。但这些结果显示，耐蚀性能不够或过多的TiO₂纳米粒子导致涂层的损坏。这些包括TiO2纳米粒子降解和 TiO₂纳米粒子与基体的界面反应。

电沉积也可在AZ91D表面制备TiO₂纳米粒子/藻酸盐（alginate ） 复合涂层，但此涂层耐蚀性能有限。克服这些问题，硅烷可作为基体材料来制备化学稳定性较好的复合涂层。而且，TiO₂纳米粒子具有无毒性、低成本和高稳定性；与微米级TiO₂相比，纳米级TiO₂粒子也具有促进成骨细胞增值的能力。TiO₂涂层表现出优异的类骨磷灰石形成能力。硅烷改性的TiO₂涂层可能带来生物相容性和力学上柔韧性。

Ca-P涂层提高骨/组织再生能力。大多数制备Ca-P涂层的方法为不同温度下在SBF溶液浸泡基体材料。聚电解质（polyelectrolyte）可能影响晶体的形成速率和矿化机制。该项工作在Mg-1Li-1Ca合金表面制备一种复合涂层，内涂层为聚电解质修饰的TiO₂纳米涂层，外涂层为硅烷。

该工作“Electrodeposition of TiO₂ layer-by-layer assembled composite coating and silane treatment on Mg alloy for corrosion resistance”发表在《Surface and Coatings Technology》(L.Y. Cui, et al. 2017, 324: 560–568)

Electrodeposition of TiO2 layer-by-layer assembled composite coating.pdf

图1 PMTMS/TiO₂制备过程

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