Mg-Zn基生物鎂合金的開發(fā)與相關(guān)性能研究.pdf

1、鎂合金具有良好的生物相容性和生物可降解性，和其他傳統(tǒng)醫(yī)用金屬植入材料相比，密度、彈性模量等綜合力學(xué)性能與人體骨骼相近，能夠和骨組織相匹配從而有效緩解應(yīng)力遮擋效應(yīng)，在骨修復(fù)過(guò)程中有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外，鎂是人體必需的微量元素，鎂合金在植入之后逐漸降解而不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，而且在治愈后不需要手術(shù)取出，減少對(duì)患者的傷害。但是目前鎂合金由于合金化元素的添加使得合金中存在大量的第二相，引起嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕導(dǎo)致其耐蝕性差，腐蝕過(guò)程中導(dǎo)致力學(xué)性能降低

2、無(wú)法起到固定或支撐的作用，從而制約了其臨床應(yīng)用。目前大多采用的解決手段是對(duì)鎂合金進(jìn)行表面處理，但是其結(jié)合力較差。如果獲得細(xì)晶單相的鎂合金，不但能夠具有良好的力學(xué)性能，而且有可能提高其耐蝕性能，由于消除了第二相所引起的電化學(xué)腐蝕。然而，關(guān)于單相鎂合金耐蝕性能的研究還尚未見報(bào)道。因此，本研究利用反向熱擠壓在300℃制備了純Mg、Mg-3Zn、Mg-3Zn-1Ag和Mg-3Zn-3Ag（wt.％）合金，然后對(duì)其進(jìn)行了抗溶血性和細(xì)胞毒性等生物相

3、容性、組織結(jié)構(gòu)觀察、力學(xué)性能測(cè)試、模擬體液(SBF)中耐蝕性進(jìn)行了測(cè)試。并利用電化學(xué)法和失重法對(duì)經(jīng)固溶處理后的Mg-3Zn(-1～3)Ag合金在模擬體液中腐蝕行為進(jìn)行了研究。得到如下結(jié)論:
　　根據(jù)醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)反擠壓態(tài)純鎂和Mg-3Zn(-1～3Ag)合金的抗溶血性和細(xì)胞毒性測(cè)試結(jié)果表明，四種鎂合金的溶血率HR均小于5％，不會(huì)產(chǎn)生溶血作用;而且生物毒性等級(jí)均為1級(jí)，屬于輕微細(xì)胞毒性，為可接受水平。這意味著該合金

4、本系符合醫(yī)用材料對(duì)這兩項(xiàng)性能的要求。
　　擠壓態(tài)純Mg、Mg-3Zn、Mg-3Zn-1Ag和Mg-3Zn-3Ag（wt.％）合金的微觀組織形貌觀察結(jié)果表明，四種擠壓態(tài)合金均發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶而形成了等軸晶.且平均晶粒尺寸變化不大，均在20μm左右。此外，Mg-3Zn、Mg-3Zn-1Ag和Mg-3Zn-3Ag（wt.％）合金中出現(xiàn)了少量的第二相，其含量隨著合金元素添加量的增加而增多。合金的室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率隨著合金元素的添加逐漸

5、增加，Mg-3Zn-3Ag合金分別達(dá)到245MPa和18.6％。另一方面，其抗壓強(qiáng)度、壓縮率也均逐漸增加，Mg-3Zn-3Ag合金達(dá)到最大值，分別為401MPa和18.0％。
　　在37℃的SBF溶液中通過(guò)浸泡失重法測(cè)定了擠壓態(tài)和固溶態(tài)合金的腐蝕速率。對(duì)擠壓態(tài)合金而言，Mg-3Zn合金的初始腐蝕速率較純Mg略有下降，隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)Mg-3Zn合金的腐蝕速率保持在約4mm/year，與純鎂相當(dāng);而繼續(xù)添加1和3Ag，其腐蝕速率都增

6、加，分別為7和17 mm/year。與擠壓態(tài)相比，經(jīng)固溶處理后的合金腐蝕速率均發(fā)生了明顯地降低，尤其是Mg-3Zn-1～3Ag合金，其穩(wěn)定腐蝕速率降低了近50％。固溶處理之后Mg-3Zn、Mg-3Zn-1Ag合金浸泡初始腐蝕速率均小于純Mg的，隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)最終保持在3.5mm/year。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果也表明了相比于純Mg固溶處理之后降低了Mg-3Zn(-1～3)Ag的腐蝕速率。對(duì)固溶態(tài)合金經(jīng)浸泡14天后的腐蝕產(chǎn)物分析結(jié)果表明，其主要