不同化学处理镁合金耐蚀性能及生物相容性的对比研究(附件)
镁合金拥有良好的力学性能和可降解性能，在生物医用材料领域具有巨大的应用潜力。本课题分别采用碱热处理、氟化处理以及磷化处理三种方式处理镁合金表面，并对镁合金处理后的表面化学结构、亲疏水性、耐腐蚀性、抗凝血性以及内皮细胞生长行为等性能进行对比研究。研究结果表明，碱热处理，磷化处理，HF处理都可以在镁合金上形成化学转化层，从而提高材料的耐蚀性能和生物相容性；碱热处理可以增加镁合金的亲水性，有利于细胞的粘附，磷化处理具有超亲水性。氢氟酸会导致镁合金疏水，不利于细胞生长。关键词 镁合金，耐蚀性，生物相容性，碱热，磷化，氢氟酸处理。
目录
1 绪 论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 镁合金的耐蚀性及提高镁合金耐蚀性能的方法 1
1.2.1 镁合金的腐蚀原理及影响因素 1
1.3镁合金的生物相容性 4
1.4 本课题研究的目的及意义 4
1.5 本课题的技术路线和主要研究内容 4
2. 实验 6
2.1 实验器材及试剂 6
2.2 样品制备及实验 7
2.3样品物理化学表征实验 7
2.3.1扫描电镜 7
2.3.2 红外光谱表征 8
2.3.3 材料表民亲疏水性表征 8
2.4 材料表面的耐蚀性 8
2.5生物相容性性能表征 9
2.5.1血小板粘附性 9
2.5.2溶血实验 9
2.5.3细胞实验 10
3. 结果讨论 10
3.1样品的物理化学性质 10
3.1.1红外光谱 10
3.1.2扫描电镜与能谱分析 11
3.1.3水接触角 12
3.2 极化曲线 13
3.3生物相容性的分析 14
3.3.1血小板粘附性能的分析 14
3.3.2溶血率 16
3.3.3细胞相容性分析 16
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1 绪 论
1.1 问题的提出
镁合金具有良好 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的生物相容性和力学性能[1]，在生物材料及医疗器械方面具有潜在应用，是当前生物材料研究的热点[24]。与现有的医用金属材料相比，镁合金拥有独特的优势：（1）镁与人体有良好的生物相容性；（2）镁可以在人体降解；（3）镁是骨生长的必需元素[56]；（4）镁合金具有合适的物理力学性能；（5）镁合金成型性好，资源丰富，价格低[7]。但是镁合金因为自身降解问题会导致无法在人体组织痊愈前始终保持自身的力学性能，在腐蚀中产生的氢气还会使组织附近气肿，使愈合速度变慢，因此想要在医学中正常使用镁，必须要减慢他的降解速度，提高耐蚀性能，在一定时间内保证它的正常运作。但是并不是所有提高了镁合金的耐蚀性就能对人体使用，还需要考虑提高耐蚀性的方式对人体的影响，及对生物相容性的影响。
1.2 镁合金的耐蚀性及提高镁合金耐蚀性能的方法
1.2.1 镁合金的腐蚀原理及影响因素
镁的标准电极为2.37V，很活泼，各种环境都会引起镁合金的降解（如弱碱、酸等介质）。镁合金刚开始降解的时候会析出氯化镁和碳酸钙晶体，之后会沉淀大量氢氧化镁，也产生很多氢气。到了腐蚀后期 ，镁合金的整个表面全部破坏，引起表面层脱落。
镁及镁合金的腐蚀受很多因素的影响，包括镁合金的化学组成、微观结构以及周围环境温度、电解质成分、和pH值、腐蚀产物的性质等。
当镁及镁合金中含有较多的杂质元素（如Fe，Ni，Cu等)时会严重降低其耐蚀性能。添加适量的Ca，Al和Zn能够明显提高镁合金的耐蚀性能。刘江南等[8]人的研究结果表明，不同晶粒度的镁合金在人体中的腐蚀行为也不同，不同的表面镁合金腐蚀性能也拥有不一样的影响。经过固溶处理，合金的腐蚀速率降低，且低于铸态的降解率。在王冰等[9]提升镁合金的耐蚀性和防护的实验中发现，通过改变阴离子的浓度、使用不同的缓冲剂及蛋白质都会改变镁合金的腐蚀电位，缓冲能力越强，镁及镁合金的降解速率越快。另外，杨柯等人[10]的研究表明，在Hank’s溶液中较0.9%NaCl溶液中慢, 在骨髓腔中较肌肉及骨皮质中快。酸碱性的介质也会影响镁合金的腐蚀行为，PH值越高，腐蚀速率会越低。在一定温度范围内，温度越高腐蚀速度越快，温度越低，腐蚀速率越慢[1112]。
1.2.2 提高镁合金耐蚀性的方法
（1）提高镁合金的纯度：王益志等人通过实验证实镁合金的耐蚀性受Fe、Ni、Cu三种杂质影响明显。益志等人[13]在书中讲诉了这些有害元素会与Mg形成网状的晶界相，形成电池，使镁合金的腐蚀速率加快。因此为了提高Mg的耐蚀性，将这些杂质剔除和减小就成了最重要的一部分, 纯化后镁在人体内降解速率就会减小。提纯元素的添加对合金的纯净化也有非常积极的影响。李冠纯等[14]使用Mn和Zr对镁合金进行提纯，Mn能与Fe发生反应形成相，这种相在熔炼后会下沉导致镁合金中铁的含量下降。Zr也能与镁合金中的杂质反应形成金属化合物沉淀出来，提高合金纯度，这样就能使镁合金耐蚀性能提高
（2）合金化：将镁合金合金化也可以有效的改善镁的耐蚀性能。镁腐蚀的主要原因是有害物质和杂质从镁那里获得电子形成阴极，形成微电池，合金化可以有效的细化这些杂质和元素，让他们分散，也就导致了阴极的细化，从而降低了局部腐蚀倾向。在选择合金元素方面，一般选择人体拥有且含有大量的对人体有利的元素或者可以排除体外方式的元素，来避免稀土元素对人体造成毒性或者引起其他健康问题；同时，多用Ca元素，因为Ca元素是人体重要的组成部分也是骨头的重要元素，它不仅可以降低镁合金的腐蚀速率来达到提升镁合金的耐蚀性能，还能促进人体骨骼的生长。有研究表明[15]，在合金中加入3%Ca，会在晶界上形成网状结构的相；这种网状惰性相会明显的降低腐蚀的速率，从而提升了镁合金的耐腐蚀性性能，但是这种惰性相是脆性相，会使镁合金力学性能下降。还有实验[16]通过在镁合金中添加Zn去改善合金的腐蚀性能及力学性能。结果表明, Zn在改善镁合金的腐蚀能力的同时没有降低力学性能。相对于加入Ca而言，Zn是更好的选择。除此之外，Bi也能够通过抑制Al在晶界的偏聚, 抑制非连续相析出，提高析出相的热稳定性，从而有效抑制镁合金的降解速率[17]。
目录
1 绪 论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 镁合金的耐蚀性及提高镁合金耐蚀性能的方法 1
1.2.1 镁合金的腐蚀原理及影响因素 1
1.3镁合金的生物相容性 4
1.4 本课题研究的目的及意义 4
1.5 本课题的技术路线和主要研究内容 4
2. 实验 6
2.1 实验器材及试剂 6
2.2 样品制备及实验 7
2.3样品物理化学表征实验 7
2.3.1扫描电镜 7
2.3.2 红外光谱表征 8
2.3.3 材料表民亲疏水性表征 8
2.4 材料表面的耐蚀性 8
2.5生物相容性性能表征 9
2.5.1血小板粘附性 9
2.5.2溶血实验 9
2.5.3细胞实验 10
3. 结果讨论 10
3.1样品的物理化学性质 10
3.1.1红外光谱 10
3.1.2扫描电镜与能谱分析 11
3.1.3水接触角 12
3.2 极化曲线 13
3.3生物相容性的分析 14
3.3.1血小板粘附性能的分析 14
3.3.2溶血率 16
3.3.3细胞相容性分析 16
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1 绪 论
1.1 问题的提出
镁合金具有良好 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的生物相容性和力学性能[1]，在生物材料及医疗器械方面具有潜在应用，是当前生物材料研究的热点[24]。与现有的医用金属材料相比，镁合金拥有独特的优势：（1）镁与人体有良好的生物相容性；（2）镁可以在人体降解；（3）镁是骨生长的必需元素[56]；（4）镁合金具有合适的物理力学性能；（5）镁合金成型性好，资源丰富，价格低[7]。但是镁合金因为自身降解问题会导致无法在人体组织痊愈前始终保持自身的力学性能，在腐蚀中产生的氢气还会使组织附近气肿，使愈合速度变慢，因此想要在医学中正常使用镁，必须要减慢他的降解速度，提高耐蚀性能，在一定时间内保证它的正常运作。但是并不是所有提高了镁合金的耐蚀性就能对人体使用，还需要考虑提高耐蚀性的方式对人体的影响，及对生物相容性的影响。
1.2 镁合金的耐蚀性及提高镁合金耐蚀性能的方法
1.2.1 镁合金的腐蚀原理及影响因素
镁的标准电极为2.37V，很活泼，各种环境都会引起镁合金的降解（如弱碱、酸等介质）。镁合金刚开始降解的时候会析出氯化镁和碳酸钙晶体，之后会沉淀大量氢氧化镁，也产生很多氢气。到了腐蚀后期 ，镁合金的整个表面全部破坏，引起表面层脱落。
镁及镁合金的腐蚀受很多因素的影响，包括镁合金的化学组成、微观结构以及周围环境温度、电解质成分、和pH值、腐蚀产物的性质等。
当镁及镁合金中含有较多的杂质元素（如Fe，Ni，Cu等)时会严重降低其耐蚀性能。添加适量的Ca，Al和Zn能够明显提高镁合金的耐蚀性能。刘江南等[8]人的研究结果表明，不同晶粒度的镁合金在人体中的腐蚀行为也不同，不同的表面镁合金腐蚀性能也拥有不一样的影响。经过固溶处理，合金的腐蚀速率降低，且低于铸态的降解率。在王冰等[9]提升镁合金的耐蚀性和防护的实验中发现，通过改变阴离子的浓度、使用不同的缓冲剂及蛋白质都会改变镁合金的腐蚀电位，缓冲能力越强，镁及镁合金的降解速率越快。另外，杨柯等人[10]的研究表明，在Hank’s溶液中较0.9%NaCl溶液中慢, 在骨髓腔中较肌肉及骨皮质中快。酸碱性的介质也会影响镁合金的腐蚀行为，PH值越高，腐蚀速率会越低。在一定温度范围内，温度越高腐蚀速度越快，温度越低，腐蚀速率越慢[1112]。
1.2.2 提高镁合金耐蚀性的方法
（1）提高镁合金的纯度：王益志等人通过实验证实镁合金的耐蚀性受Fe、Ni、Cu三种杂质影响明显。益志等人[13]在书中讲诉了这些有害元素会与Mg形成网状的晶界相，形成电池，使镁合金的腐蚀速率加快。因此为了提高Mg的耐蚀性，将这些杂质剔除和减小就成了最重要的一部分, 纯化后镁在人体内降解速率就会减小。提纯元素的添加对合金的纯净化也有非常积极的影响。李冠纯等[14]使用Mn和Zr对镁合金进行提纯，Mn能与Fe发生反应形成相，这种相在熔炼后会下沉导致镁合金中铁的含量下降。Zr也能与镁合金中的杂质反应形成金属化合物沉淀出来，提高合金纯度，这样就能使镁合金耐蚀性能提高
（2）合金化：将镁合金合金化也可以有效的改善镁的耐蚀性能。镁腐蚀的主要原因是有害物质和杂质从镁那里获得电子形成阴极，形成微电池，合金化可以有效的细化这些杂质和元素，让他们分散，也就导致了阴极的细化，从而降低了局部腐蚀倾向。在选择合金元素方面，一般选择人体拥有且含有大量的对人体有利的元素或者可以排除体外方式的元素，来避免稀土元素对人体造成毒性或者引起其他健康问题；同时，多用Ca元素，因为Ca元素是人体重要的组成部分也是骨头的重要元素，它不仅可以降低镁合金的腐蚀速率来达到提升镁合金的耐蚀性能，还能促进人体骨骼的生长。有研究表明[15]，在合金中加入3%Ca，会在晶界上形成网状结构的相；这种网状惰性相会明显的降低腐蚀的速率，从而提升了镁合金的耐腐蚀性性能，但是这种惰性相是脆性相，会使镁合金力学性能下降。还有实验[16]通过在镁合金中添加Zn去改善合金的腐蚀性能及力学性能。结果表明, Zn在改善镁合金的腐蚀能力的同时没有降低力学性能。相对于加入Ca而言，Zn是更好的选择。除此之外，Bi也能够通过抑制Al在晶界的偏聚, 抑制非连续相析出，提高析出相的热稳定性，从而有效抑制镁合金的降解速率[17]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/gfzcl/375.html
