医用镁锌合金性能及降解速率控制研究

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镁及其合金材料具有优良的生物相容性能,同时能够在体内降解,避免了二次手术,可以代替不锈钢、钛合金等传统的医用金属材料,具有广阔的发展前景。但是,目前镁合金作为生物医用材料面临最大的问题就是,降解速率过快,不能与骨愈合的速率配合。所以,提高镁合金的耐腐蚀性能是镁合金作为医用材料的关键。  本课题熔炼制备了Mg-3.0%Zn-0.6%Sr合金和Mg-3.0%Zn-0.3%Sr-0.6%La合金,合金经过热处理和热挤压成形后进行显微组织观察、力学性能测试、密度测试等,获得两种合金的组织与性能,研究微量Sr、La元素的添加对Mg-Zn合金组织的影响;利用仿生法分别在两种合金表面制备涂层,利用X射线、扫描电子显微镜以及能谱分析仪对涂层进行表征。通过在人体模拟液中的电化学腐蚀、浸泡腐蚀实验,对比有无涂层合金试样的耐蚀性,研究涂层对于Mg-Zn合金的降解速率的影响,结果表明:  (1)制备的Mg-Zn-Sr合金密度是1.781 g·cm-3,抗拉强度300 MPa、抗压强度431.49 MPa; Mg-Zn-Sr-La合金密度为1.779 g·cm-3,抗拉强度305 MPa、抗压强度425.12 MPa;两种合金的力学性能及密度都与人骨相近;  (2)成功利用仿生沉积法分别在Mg-Zn-Sr合金与Mg-Zn-Sr-La合金表面制备出均匀致密的HA涂层;  (3)有无HA涂层Mg-Zn-Sr合金在SBF中的电化学腐蚀电位分别为-1.695 V,-1.74 V,电流密度为3.35×10-5A·cm-2,1.05×10-4A·cm-2,极化电阻为345Ω·cm2,35Ω·cm2;有无HA涂层Mg-Zn-Sr-La合金在SBF中的电化学腐蚀电位分别为-1.709 V,-1.79V,电流密度为4.9×10-5 A·cm-2,1.41×10-4A·cm-2,极化电阻为250Ω·cm2,30Ω·cm2;涂层Mg-Zn合金试样的耐腐蚀性能好于无涂层试样;  (4)有无涂层Mg-Zn-Sr及Mg-Zn-Sr-La合金试样腐蚀15天单位面积收集的氢气量分别为:24.68 ml·cm-2、173.67 ml·cm-2和41.88 ml· cm-2、120.78 ml·cm-2,涂层试样反应的析氢速率远远低于无涂层合金试样.  (5)有无涂层Mg-Zn-Sr及Mg-Zn-Sr-La合金试样浸泡在SBF溶液中21后的失重率分别为:6.11%,26.88%和6.79%,10.56%,涂层降低了Mg-Zn合金的腐蚀;合金腐蚀过程中溶液的pH值随着时间的延长而上升,但是浸泡涂层试样的溶液pH值均比浸泡无涂层试样的变化缓慢,与质量损失规律相一致;  (6)通过电化学腐蚀以及浸泡腐蚀实验可以得出:HA涂层提高了合金的耐蚀性能,可以通过在合金表面形成的HA涂层来控制镁合金的腐蚀降解速率。
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