醫(yī)用鎂合金體外降解行為研究.pdf

1、由于具有優(yōu)異的生物可降解吸收性、良好的力學(xué)性能以及生物相容性，鎂及鎂合金在醫(yī)用植入材料領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。其中，稀土Y、Nd、Gd等元素由于較好的生物安全性能及對Mg力學(xué)性能較好的改善作用，它們的低微合金化鎂合金成為各國醫(yī)用材料領(lǐng)域研究的熱點方向。本實驗選擇Y、Nd、Gd三種元素作為添加元素，通過鑄造、固溶、擠壓、熱軋、退火等加工方式，分別制備了厚度為2mm的純鎂板材以及含量為0.5at％三種稀土元素鎂合金板材。通過光學(xué)金相顯微鏡(

2、OM)觀察樣品加工處理前后的金相、利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察樣品腐蝕產(chǎn)物及基體的形貌、通過X射線衍射儀(XRD)分析腐蝕產(chǎn)物的物相、并通過體外析氫試驗、體外浸泡試驗、力學(xué)性能測試等方式研究了純鎂及三種稀土鎂合金板材在37℃m-SBF模擬體液中無應(yīng)力和應(yīng)力狀態(tài)下的降解速率和力學(xué)性能保有率，綜合研究純鎂及稀土鎂合金體外降解行為的規(guī)律和機理。
　　顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過擠壓、熱軋和退火過程后，四種成分的晶粒相比于鑄態(tài)顯著減小，其中

3、Mg-Nd的晶粒最為細(xì)小，平均晶粒尺寸僅約為10μm。這是由于Nd在Mg中的溶解度較小，和Mg形成的第二相在擠壓及軋制過程中破碎成數(shù)量較多、體積較小的殘余顆粒，再結(jié)晶過程中阻礙了晶界的遷移，從而起到了較好的細(xì)化晶粒的效果。力學(xué)性能測試表明，稀土元素的加入顯著提高了板材的塑性，這歸因于稀土元素對Mg合金織構(gòu)有明顯的弱化作用。
　　不同應(yīng)力狀態(tài)下體外降解實驗結(jié)果表明，純鎂及三種Mg-RE二元合金在37℃的m-SBF中均具有應(yīng)力腐蝕敏感

4、性，在0.72倍σ0.2應(yīng)力狀態(tài)下各種成分的樣品腐蝕速率均高于無應(yīng)力。在無應(yīng)力狀態(tài)下，純鎂板材的腐蝕速率小于Mg-RE合金，耐蝕性能最好;Mg-Y合金的腐蝕速率最快。應(yīng)力狀態(tài)下Mg-Nd合金的腐蝕速率最慢，純鎂的腐蝕速率最快。
　　腐蝕物及板材基體的掃描電鏡觀察結(jié)果表明，在37℃的m-SBF溶液中，純鎂和三種二元Mg-RE合金的腐蝕均呈宏觀均勻、微觀點蝕的形貌。腐蝕初期，樣品表面生成龜裂開的疏松表面膜，并產(chǎn)生白色絮狀腐蝕物;隨著腐

5、蝕的時間增加，表面逐漸出現(xiàn)多層堆積的龜裂產(chǎn)物，且在腐蝕過程中出現(xiàn)產(chǎn)物的脫落現(xiàn)象。雖然四種材料的成分不同，但在腐蝕初期，產(chǎn)物均以Mg(OH)2為主，并有少量的含P、Ca化合物;在腐蝕的后期，Mg(OH)2含量降低，含P、Ca元素的化合物含量增高。
　　力學(xué)性能測試結(jié)果表明，隨著腐蝕時間的增加，不論是否有應(yīng)力加載，材料的力學(xué)性能均明顯下降，且在腐蝕前期下降較快;0.72倍σ0.2應(yīng)力狀態(tài)下各樣品的綜合力學(xué)性能均低于無應(yīng)力狀態(tài)。在不同的