Mg--4.0Zn--(0.3,0.8)Sr合金和阳极氧化Mg--4.0Zn--0.8Sr合金的降解性能与生物性能研究

摘要

医用金属材料在生物材料中一直占用重要地位，这是因为金属材料的机械性能要比陶瓷和高分子材料优越，尤其在承重部位。但是医用金属材料中的也有些缺点，金属在腐蚀过程会释放一些有毒离子和由于金属材料的弹性模量过高会引起“应力遮挡”现象。但是镁及镁合金作为一种新型的生物材料，它的可降解性和生物相容性使它成为生物材料领域的研究热点。而且镁合金的力学性能与骨骼的力学性能相差不大，所以降低应力遮挡效应。但是镁及镁合金的耐腐蚀性能较差，所以需要对镁及镁合金进行表面改性。本文依据合金材料的力学性、可降解性和生物相容性的要求自行优化设计了Mg-4.0Zn-0.3Sr合金及Mg-4.0Zn-0.8Sr合金。以性能更优的Mg-4.0Zn-0.8Sr合金为基体对它进行阳极氧化处理。并对该材料的降解性能与生物相容性进行了研究。获得的实验结果如下: 1、Mg-4.0Zn-0.3Sr合金的弹性模量为40.164GPa，抗拉强度为114.897MPa。Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的弹性模量为41.532GPa，抗拉强度为145.191MPa。两种合金的力学性能都在骨骼材料的力学性能范围，均可作为骨科材料，两者相比Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的力学性能较好。 2、电化学分析表明:Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的腐蚀电位(-1.4815V)比Mg-4.0Zn-0.3Sr合金的腐蚀电位（-1.4850V）要略高，但两种合金的腐蚀电位都要大于纯镁的(-2.37V)。Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的腐蚀电流（1.8681E-5A）要比Mg-4.0Zn-0.3Sr合金的腐蚀电流（2.1228E-5）小。所以Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的耐腐蚀性能要好。 3、在降解实验中，Mg-4.0Zn-0.3Sr合金的腐蚀速度为0.7926g/(m2·h)，Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的腐蚀速度0.7894g/(m2·h)，所以Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的耐腐蚀性能要好与Mg-4.0Zn-0.3Sr合金的。这主要是因为Sr含量的增加，使得第二相增加，而第二相的电位要大于镁基体的，所以导致整体电位升高。 4、以Mg-4.0Zn-0.8Sr合金为基体，在时间60min，电压80V的条件下制备的阳极氧化膜的耐腐蚀性最好，腐蚀电位为-1.4235V，腐蚀电流为8.4732E-7A，与Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的耐腐蚀性能（腐蚀电位-1.4815V和腐蚀电流1.8681E-5A）相比，要好的多。 5、阳极氧化的Mg-4.0Zn-0.8Sr合金在Hank's溶液的降解速度为0.4778g/(m2·h)，与没有涂层的Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的降解速度0.7894g/(m2·h)相比小很多，具有很强的耐腐蚀性能。 6、Mg-4.0Zn-0.3Sr合金的溶血率为1.461％，Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的溶血率为3.926％，经阳极氧化后Mg-4.0Zn-0.8Sr合金的溶血率0.5305％，三者的溶血率均低于5％，符合生物材料的标准。而且测试浸取液镁离子浓度较低，pH值也不高。 7、在植入试验中，三种镁合金试样都能引起大鼠的肌肉组织、肝脏和肾脏的异常反应，由于饲养时间短，所以不能确定是否会恢复。但对脑部、心脏、肺部和小肠的组织没有任何影响。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1生物材料概论

1．1．1生物材料的分类

1．2镁合金生物材料

1．2．1镁合金作为生物材料的优势

1．2．2镁合金作为生物材料的缺点

1．3提高镁合金性能的方法

1．3．1提高镁的纯度

1．3．2合金化

1．3．2表面改性

1．4生物镁合金的研究进展

1．4．1生物镁合金材料的体外生物相容性研究

1．4．2生物镁合金材料的临床应用研究进展

1．5本文的研究意义和主要研究内容

1．5．1研究意义

1．5．2研究内容

第二章生物镁合金材料的制备和分析

2．1实验材料

2．2试验仪器

2．3实验方法

2．3．1合金制备

2．3．2合金的热处理

2．3．3 X射线衍射分析

2．3．4扫描电镜

2．3．5合金力学性能测试

2．3．6体外降解性能测试

2．3．4镁合金阳极氧化

2．4本章总结

第三章Mg-4．0Zn-(0．3，0．8)Sr合金的降解行为研究

3．1引言

3．2热处理后镁合金的微观组织

3．2电化学测试

3．2．1电化学极化曲线分析

3．2．2电化学交流阻抗分析

3．3模拟体液浸泡试验

3．3．1腐蚀产物分析

3．3．2腐蚀过程的pH变化

3．3．3镁合金腐蚀速率

3．3．4 Mg-Zn-Sr合金腐蚀形貌

3．4腐蚀机理

3．5本章总结

第四章Mg-4．0Zn-0．8Sr合金表面阳极氧化

4．1实验材料和方法

4．1．1实验材料前处理

4．1．2阳极氧化方法

4．2阳极氧化膜的表征与形成机理

4．2．1阳极氧化膜的表征

4．2．2阳极氧化膜的成膜机理

4．4时间对阳极氧化膜的耐腐蚀性能的影响

4．4电压对阳极氧化膜耐腐蚀性能的影响

4．5涂层厚度的测量

4．6阳极氧化膜的模拟体液浸泡实验

4．5．1腐蚀产物分析

4．5．2腐蚀过程的pH变化

4．5．3阳极氧化Mg-4．0Zn-0．8Sr合金的腐蚀速率

4．5．4阳极氧化Mg-4．0Zn-0．8Sr合金腐蚀形貌

4．6阳极氧化膜腐蚀机理

4．7本章总结

第五章Mg-4．0Zn-(0．3，0．8)Sr合金及阳极氧化Mg-4．0Zn-0．8Sr合金的生物性能研究

5．1溶血试验

5．1．1实验材料制备

5．1．2浸取液的制备

5．1．3溶血率测试方法

5．1．4实验结果讨论

5．2活鼠体内植入试验

5．2．1实验材料

5．2．2实验方法

5．2．3实验结果

5．2．4结果讨论

5．3本章总结

第六章结论

参考文献

致谢