Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金腐蝕降解行為與生物性能研究.pdf

1、作為可降解生物金屬材料，鎂及鎂合金與自然骨的抗拉強度、抗壓強度、彈性模量和密度均比較相似，力學相容性以及生物相容性好，因此，鎂及鎂合金逐漸成為最具有開發(fā)潛力的可降解生物材料。本文采用熱擠壓變形和時效處理等工藝方法制備生物Mg-8Gd-4Y-xZn-0.5Zr（x=l，2wt％）合金，利用電化學腐蝕實驗和浸泡腐蝕降解實驗，對比研究不同狀態(tài)合金在Hank’s模擬體液中的腐蝕降解速率；通過采用OM，SEM，XRD等技術手段對腐蝕后的試樣表面及

2、腐蝕產物形貌進行分析，探究其腐蝕類型和腐蝕程度及腐蝕機理；借助MTT法考察不同Mg-8Gd-4Y-xZn（x=0，1，2，3wt%）合金對小鼠預成骨細胞（MC3T3-E1）、人骨肉瘤細胞（Saos-2）、骨髓間充質干細胞（hTMSC）的細胞毒性。得到以下結論：
　　（1）時效處理后Mg-8Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金析氫量從28ml降至20ml，腐蝕速率從7.247mm/a降至5.691mm/a，而Mg-8Gd-4Y-2Zn

3、-0.5Zr的析氫量從30ml降至23ml，腐蝕速率從8.748mm/a降至7.164mm/a。由此可見，時效處理減輕了合金的腐蝕。
　?。?）SEM形貌顯示腐蝕產物均為片層狀龜裂結構，大部分比較平整，出現了典型的點蝕坑。時效過程中，合金發(fā)生了靜態(tài)回復，空位數量、位錯密度降低，殘余應力得以釋放，有利于合金耐蝕性能的提高。XRD結果表明，腐蝕產物主要由Mg（OH）2組成，并摻雜有MgO、Mg3（PO4）2、Ca（PO3）2等物質。時

4、效后合金的開路電位、極化曲線趨于向正移動，腐蝕電流減小，高頻容抗弧也隨之增大，合金耐蝕性都有所增強，腐蝕速率有所降低。
　?。?）合金在SBF溶液腐蝕過程中，合金表面會發(fā)生反應析出大量的H2，隨著溶液不斷的被堿化，浸泡10h后溶液pH達到10.5左右。擠壓態(tài)合金在SBF溶液中的腐蝕速度高于時效態(tài)合金的腐蝕速度。試樣的離子濃度在SBF和培養(yǎng)液中規(guī)律基本一致，在時效態(tài)合金中的析出量較擠壓態(tài)合金的低。
　?。?）MC3T3-E1細

5、胞、hTMSC細胞在Mg-8Gd-4Y-xZn（X=0，1，2，3wt%）浸提液中培養(yǎng)1天和3天后，當浸提液濃度為100%時，合金的細胞毒性均屬于無毒或微毒范疇，當浸提液濃度為50%和25%時，細胞增殖率達到80%以上，細胞毒性均為0級。證明合金的生物性良好，適宜用作生物醫(yī)用植入材料。
　?。?）MC3T3-E1細胞和hTMSC細胞經過25%浸提液培養(yǎng)24h后，大部分細胞呈梭形，幾乎無任何異常狀態(tài)出現。隨著Zn含量的增加，細胞的增