Zr基塊體非晶合金的生物相容性.pdf

1、本文以一種無Ni型Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8塊體非晶合金為對象,并以Zr-Cu-Ni-Al、Zr-Ti-Ni-Cu-Al、Ti-Zr-Ni-Cu-Be等塊體非晶合金以及醫(yī)用純Ti及Ti-6Al-4V合金作為對照組,分析了其微觀組織及力學性能,并研究了各合金試樣的摩擦磨損特性、體外的生物腐蝕性能、細胞毒性以及動物體內(nèi)的植入試驗,進而綜合評價Zr基塊體非晶合金試樣的生物相容性。
　　利用X射線衍射(XRD)

2、、透射電子顯微鏡(TEM)以及差示掃描量熱儀(DSC)分析了各塊體非晶合金的微觀組織和熱性能。由高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像的自相關函數(shù)(ACF)計算可以得出,隨著非晶合金直徑的增加,其微觀組織更趨向于有序化,即含有更少的自由體積。而DSC曲線玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)點之前的結構弛豫峰也表明,非晶合金試樣的自由體積隨著直徑的增大而減少。
　　硬度測試以及室溫壓縮測試的結果表明,Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46

3、Al8塊體非晶合金試樣具有較大的硬度以及較好的壓縮塑性。結合合金試樣的斷口形貌觀察及微觀組織分析,該非晶合金的硬度值與Tg呈正相關,即Tg越大,非晶合金的硬度值越大。此外,非晶合金的塑性變形能力隨著其自由體積數(shù)量的增多而增大。
　　通過摩擦磨損性能測試以及磨損形貌可知,合金試樣的磨損程度隨著直徑的增加而減小,即較大直徑的Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8塊體非晶合金試樣具有較小的摩擦系數(shù)以及較淺的磨損形貌。相比

4、于其余幾種非晶合金以及醫(yī)用純Ti和Ti-6Al-4V合金而言,該塊體非晶合金試樣體現(xiàn)出最佳的耐磨損性能。
　　對各合金試樣在模擬生理環(huán)境中進行了生物腐蝕評價,其電化學腐蝕測定的極化曲線及相應的電化學參數(shù)表明,腐蝕過程中,各合金試樣的表面均形成了一層鈍化膜,而且Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8塊體非晶合金呈現(xiàn)出最好的耐腐蝕性能。在人工模擬體液(SBF)中進行的浸泡實驗表明,浸泡一段時間后,各合金試樣的表面出現(xiàn)了

5、不同程度的沉積層,其中Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8塊體非晶合金試樣表面的Ca/P原子比接近人骨,表明其具有較好的生物活性。
　　對L929細胞進行體外培養(yǎng),通過測定細胞在各合金試樣浸提液中的生長形態(tài)及活性,評定Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8塊體非晶合金的細胞毒性為1級,適合作為生物醫(yī)用材料使用。將非晶合金以及Ti-6Al-4V合金植入體放入試驗大白兔的股骨頭內(nèi)側(cè),觀察取出后的材料與