脉冲频率对AZ31镁合金等离子电解氧化涂层中CaO纳米颗粒掺入的影响及其在可降解骨科植入物中的应用研究

本研究通过等离子电解氧化（PEO）技术，系统探究了脉冲频率（0.5-2 kHz）对AZ31镁合金表面涂层中CaO纳米颗粒掺入的影响。结果表明，低频（0.5 kHz）显著提升CaO含量（≈77.4%差异），并形成更致密的钙磷酸盐化合物，使涂层在模拟体液（SBF）中展现优异耐蚀性（阻抗达10.2 MΩ·cm2）与生物活性（羟基磷灰石簇富集），为可降解骨科植入物的表面优化提供了新策略。

　　

Highlight

1. 所有涂层呈现相似的物相组成，主要为MgO，并含少量由基底与电解液反应生成的MgF₂和Mg₂P₂O₇。

2. 高频处理（2 kHz）导致涂层孔隙更小且分布均匀，但伴随更多微裂纹；而低频（0.5 kHz）因更长脉冲持续时间，促进CaO纳米颗粒掺入。

3. 生物活性测试显示，含CaO的涂层在模拟体液（SBF）中形成不规则球形羟基磷灰石（HA）簇，密度显著高于无CaO组。

4. 电化学阻抗谱表明，0.5 kHz含CaO涂层具有最佳耐蚀性（总电阻≈10.2 MΩ·cm²），归因于其更厚涂层、高CaO含量及钙磷酸盐化合物对孔隙的密封效应。

Conclusions

本研究揭示了脉冲频率对PEO涂层中CaO纳米颗粒掺入的关键作用：低频（0.5 kHz）通过延长脉冲时间显著提升CaO负载量，同时促进钙磷酸盐生成，从而增强涂层在生理环境中的长期稳定性与生物活性。这一发现为设计兼具优异耐蚀性和骨整合能力的可降解镁基植入物提供了工艺优化方向。