陽極酸化中間層によるAZ31合金へのハイドロキシアパタイト皮膜の耐食性と密着性の向上

Improvement of corrosion resistance and adhesion of hydroxyapatite coating on AZ31 alloy by an anodizing intermediate layer.

抄録

目的:

本研究の第一の目的は、陽極酸化中間層を使用して、生分解性インプラントへの応用を目的としたハイドロキシアパタイトコーティングAZ31合金の耐食性と接着性を改善することである。

OBJECTIVES: The primary objective of this study is using an anodizing intermediate layer to improve corrosion resistance and adhesion of hydroxyapatite coated AZ31 alloy for applications in biodegradable implants.

方法:

陽極酸化処理により、AZ31基材表面に陽極酸化中間層を10, 20, 30, 40Vの各電圧で形成した。HApは、90℃、pH7.5の薬液処理法によりAZ31基材表面に2時間成長させた。電気化学測定により腐食挙動を評価し、Hank's balanced salts solution (HBSS)に28日間浸漬し、Mgイオンの放出量から生分解挙動を評価した。一方、接着強度は引き剥がし法により評価した。Mgイオンの放出量は誘導結合プラズマ質量分析法により定量した。

METHODS: An anodizing intermediate layer was formed on the surface of AZ31 substrate at various anodizing voltage of 10, 20, 30, and 40 V respectively by anodizing process. HAp was grow on the surface of AZ31 substrate at 90°C and pH solution of 7.5 by chemical solution treatment method for 2 h. The coated samples were evaluated their corrosion behavior by Electrochemical measurements and biodegradation behavior by immersion test in Hank's balanced salts solution (HBSS) for 28 days via amount of Mg ion released. While, their adhesion strength were evaluated by pull-off method. The amount of Mg ions released of the samples was quantified by the Inductively coupled plasma mass spectrometry.

結果:

陽極酸化プロセスにより様々な電圧で陽極酸化中間層を合成することに成功し、化学溶液処理法によりHAp皮膜を作製した。陽極酸化中間層を形成したハイドロキシアパタイトコーティングAZ31合金の腐食速度は4.4倍低下し、密着強度は陽極酸化層を形成しないHApコーティングAZ31試験片と比較して約2倍向上し、それぞれ～14.70、～6.92MPaを達成した。HBSSへの浸漬試験後、HAp/AZ31-HBSS-試験片の密着強度は45%まで低下した。HAp/30V/AZ31-HBSS-試験片の接着強度が22%までわずかに低下したのは、陽極酸化中間層の寄与によるものである。

RESULTS: An anodizing intermediate layer was successfully synthesized at various voltages by anodizing process and HAp coatings were prepared by chemical solution treatment method. The corrosion rate of hydroxyapatite coated AZ31 alloy with an anodizing intermediate layer decreased 4.4 times, while adhesion strength increased about two times compared to the HAp coated AZ31 specimen without an anodizing layer and achieved ~14.70, ~6.92 MPa, respectively. After immersion test in HBSS, the adhesion strength of HAp/AZ31-HBSS-specimen decrease to 45% because of large corroded areas with depth holes of hundreds of micrometers. The slighter decrease in adhesion strength of HAp/30V/AZ31-HBSS-specimen to 22% is due to the contribution of the anodizing intermediate layer.

結論:

HApを被覆したAZ31合金試験片は、陽極酸化電圧30Vにおいて、表面に楕円形状の多孔質構造が存在し、MgOが均一かつ高密度に存在するため、HAp皮膜の耐食性と密着強度が著しく向上した。

CONCLUSION: HAp coated AZ31 alloy specimen with the existence of a porous structure with an elliptical shape, uniform and high density of MgO on the surface at anodizing voltage of 30 V resulted in a significant increase in corrosion resistance and the adhesion strength of HAp coatings.