基于Mg-4Zn-xNd鎂合金植入體的制備及其生物可降解性能的研究.pdf

1、生物可降解鎂合金作為新一代的醫(yī)用工程材料受到人們越來越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)的醫(yī)用金屬植入材料不銹鋼、鈦合金等相比，鎂合金鑄造性能良好，比剛度、比強(qiáng)度高，彈性模量（E=41-45 GPa）、密度（ρ=1.74-2.0g?cm-3）與人體骨骼接近（E=3-20GPa，ρ=1.8-2.1g?cm-3），在組織修復(fù)過程中不會造成應(yīng)力遮擋。研究表明鎂合金在人體內(nèi)具有良好的生物相容性，但作為植入材料，鎂合金在人體內(nèi)降解過快且腐蝕降解不均勻會導(dǎo)致其機(jī)械完

2、整性提前喪失。同時，鎂合金植入材料在快速降解過程中發(fā)生的副反應(yīng)會影響材料植入部位的pH平衡，并產(chǎn)生大量氫氣囊，影響骨骼生長，無法滿足植入后的骨支撐、骨誘導(dǎo)等服役性能要求。
　　本文針對鎂合金作為生物醫(yī)用材料降解速率過快的弊端，采用重力鑄造法制備出摻雜有生物活性元素Zn和能大幅度提升合金基體電位的稀土元素Nd的Mg-4Zn-xNd（x=0,1,2,3 wt.％）鑄態(tài)鎂合金，先后通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)（極化曲線、阻抗譜）和浸漬試驗(yàn)（失重法）等

3、方法研究了Nd含量和熱處理過程（固溶處理工藝、熱擠壓工藝和退火工藝）對Mg-4Zn-xNd鎂合金生物降解性能的影響，并對它的腐蝕機(jī)制進(jìn)行了探討。并進(jìn)一步通過體外生物相容性實(shí)驗(yàn)，研究了Mg-4Zn-xNd合金的降解過程對其細(xì)胞相容性的影響。研究結(jié)果表明：
　?。?）二元 Mg-4Zn合金中的主要物相為α-Mg基體和少量的二元相Mg0.97Zn0.03，三元 Mg-4Zn-xNd合金中的主要物相為α-Mg基體和二元相Mg12Nd。稀土

4、元素Nd的添加導(dǎo)致大量Mg12Nd第二相沿晶界位置析出，并使合金的晶粒尺寸顯著細(xì)化，同時三元合金的腐蝕速率降低30%左右。鑄態(tài)合金先后在420 ℃、24h和510 ℃、4h條件下進(jìn)行固溶處理后，第二相含量明顯降低，晶粒尺寸增大，合金的腐蝕速率降低40%左右，其中Mg-4Zn-2Nd表現(xiàn)出最好的耐腐蝕性能。
　?。?）固溶態(tài)Mg-4Zn-2Nd合金在擠壓比為16:1，擠壓速度為2mm/s，擠壓溫度分別為350 ℃，370 ℃，390

5、 ℃，410 ℃條件下進(jìn)行熱擠壓處理后，晶粒尺寸減小，且隨著溫度升高，擠壓態(tài)合金的晶粒尺寸增大、第二相含量降低，合金的耐腐蝕性能得到不同程度的提高，當(dāng)擠壓溫度為370 ℃時，腐蝕速率最低，達(dá)到3.4mm/y。
　　（3）370 ℃擠壓態(tài)合金在退火溫度為420 ℃，退火時間分別為5min，15min，30min，60min，120min的退火工藝條件下進(jìn)行退火處理，隨著退火時間延長，合金的晶粒尺寸持續(xù)增大，第二相持續(xù)析出，加工殘余應(yīng)