鎂基金屬復合生物材料的制備及其性能研究.pdf

1、鎂及鎂合金因與自然骨的力學性能相近且具有良好的生物相溶性，作為可降解的骨植入材料受到很大的關注。但是，鎂合金易發(fā)生電化學腐蝕，過快的腐蝕速率易導致植入失敗。通過調整材料成分、組織結構，采用新的材料制備技術及表面處理等方法制備新的鎂合金或鎂基復合材料降低材料的腐蝕速率是當今生物材料研究的熱點。
　　 本研究選用純鎂為基體材料，以鎂的氧化物（MgO陶瓷粉末）或將20.21wt％ZnO或20.21wt％ZnO與10wt％HA的混合粉末

2、作為增強相添加添加到鎂基體中，采用粉末冶金的方法，制備了三種鎂基金屬復合材料，即:不同MgO含量的MgO/Mg復合材料，或通過原位生成MgO和Mg-Zn合金，制備的MgO/Mg-Zn/Mg復合材料或MgO/Mg-Zn/HA/Mg復合材料。最后采用陽極氧化法和陽極氧化-聚乳酸涂覆的方法在復合材料的表面分別制備了MgO涂層和PLA/MgO復合涂層。
　　 對復合材料的力學性能（主要包括表面硬度和抗拉強度）進行了測試。通過浸泡法（包括

3、pH值測量法和失重法）和電化學方法（動電位掃描法和交流阻抗法），研究復合材料和涂層在人工模擬體液（SBF液）中的腐蝕速率及腐蝕行為。運用X射線衍射儀(XRD)和掃描電鏡(SEM)等先進設備對復合材料拋光表面、腐蝕表面、腐蝕產(chǎn)物和涂層的物相、成分和形貌進行表征。主要研究結果如下:
　　 1)采用粉末冶金的方法制備了第二相含量精確，分布均勻的MgO/Mg鎂基金屬復合材料。模擬體液中的浸泡實驗和電化學實驗的結果一致表明，復合材料與純鎂

4、金屬有類似的腐蝕行為;相對于純鎂金屬，復合材料中的MgO在鎂基體中的均勻、連續(xù)分布，可以提高鎂基金屬復合材料整體的耐腐蝕性能，且隨著MgO的含量的增加，復合材料的腐蝕降解速率減小;然而，MgO/Mg復合材料的耐蝕性能的提高部分犧牲了力學性能。復合材料的力學性能隨著MgO的含量的增加呈減小趨勢。
　　 2)采用粉末冶金的方法，通過原位反應機理制備了MgO/Mg-Zn/Mg和MgO/Mg-Zn/HA/Mg鎂基金屬復合材料。XRD和S

5、EM結果顯示，均勻分布于鎂基體顆粒間的為MgO與Mg-Zn金屬間化合物的混合組織或MgO與Mg-Zn金屬間化合物和HA的復合組織。模擬體液中的浸泡實驗和電化學實驗分析結果一致表明，MgO/Mg-Zn(/HA)/Mg復合材料與純鎂有類似的腐蝕行為，相對于MgO/Mg復合材料，MgO/Mg-Zn(/HA)/Mg鎂基金屬復合材料呈現(xiàn)出更好的耐腐蝕性能;力學性能研究表明，MgO/Mg-Zn(/HA)/Mg復合材料的力學性能有顯著的提高;HA在復

6、合材料中的存在，能提高材料的力學性能，但對提高復合材料的耐蝕性貢獻不大。
　　 3)以MgO/Mg-Zn/Mg復合材料為基底，在不同的陽極電位下制備了不同厚度的Mg(OH)2涂層，其中0.2V的電位下制備的涂層最致密，但厚度難以提高。致密的Mg(OH)2涂層經(jīng)450℃煅燒后得到多裂紋的MgO涂層，再經(jīng)聚乳酸PLA溶液的涂布后，不僅可以起到封孔的作用，還能在MgO涂層的表面覆蓋一層新的PLA高分子涂層，得到PLA/MgO復合涂層。