血管支架用亞快速凝固Mg-Zn-Y-xNd合金組織及性能研究.pdf

1、可降解鎂合金血管支架是當前國內(nèi)外的研究熱點,但其耐腐蝕性能和力學性能仍然不能滿足血管支架的要求。目前較多報道集中在通過合金化及塑性變形工藝以細化鎂合金晶粒從而提高其強韌性,但擠壓等變形工藝引入的應力會降低鎂合金的耐腐蝕性能。因此,如何利用合金化及加工工藝制備出同時具有優(yōu)異的耐腐蝕性及高強韌的材料是鎂合金應用于血管支架亟待解決的問題。
　　 針對于此,本文選擇具有良好的力學性能和耐腐蝕性能的低鋅系Mg-2Zn-0.2Y合金,僅含有

2、與人體生物相容的元素,微量添加對人體無毒、可提高材料抗凝血性及合金強韌性和耐腐蝕性能的稀土元素Nd,同時采用亞快速凝固工藝(銅模噴鑄)以細化鎂合金組織,避免變形應力,提高基體固溶度,從而獲得與血管支架尺寸相當?shù)木哂辛己镁C合性能的Mg-Zn-Y-xNd合金。通過金相顯微分析,X射線衍射分析、電化學測試、溶血凝血試驗、壓縮試驗等方法研究了亞快速凝固Mg-Zn-Y-xNd合金的顯微組織、體外腐蝕特性及生物相容性和力學性能,為血管支架用鎂合金成

3、分與工藝的最佳配合提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實踐依據(jù),并為下一步制備支架用微管奠定基礎(chǔ)。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 Mg-Zn-Y-xNd合金(x=0,0.5,1.0,1.5,wt％)經(jīng)亞快速凝固后顯微組織變化明顯,主要由花瓣狀樹枝晶組成,枝晶臂為4-5μm左右;含適量Nd合金二三次枝晶臂變得不明顯;合金中大部分的Zn、Nd元素固溶于α-Mg基體中,XRD中僅顯示α-Mg的衍射峰,且相對于普通凝固合金的α-Mg衍射峰向右偏移

4、約0.14°;
　　 對于普通凝固Mg-Zn-Y-xNd合金(x=0,0.5,1.0,1.5,wt%),隨Nd含量增加,晶粒先細后粗,晶粒度為400→90→70→440μm;合金晶界處第二相增多,變得連續(xù),由點、棒狀→線狀;加入Nd1.5%Nd時枝晶粗大;合金中出現(xiàn)了NdZn及NdZn2相。對于亞快速凝固(Φ3mm)Mg-Zn-Y-xNd合金(x=0,0.5,1.0,1.5,wt%),顯微組織中出現(xiàn)花瓣狀樹枝晶,隨Nd含量增加,

5、枝晶臂變得明顯,二次枝晶臂間距均在5μm左右;對于亞快速凝固(Φ2mm)Mg-Zn-Y-xNd(x=0,0.5,1.0,1.5,wt%)合金,橫截面易出現(xiàn)三晶區(qū)組織,加入Nd使一次枝晶臂大小均勻,稍多時使枝晶臂變長,二次枝晶臂間距均在4μm左右;亞快速凝固下各合金主要為固溶一定量合金元素的α-Mg相;
　　 Mg-Zn-Y-xNd合金(x=0,0.5,1.0,1.5,wt%)經(jīng)亞快速凝固后,各合金的腐蝕電位、開路電位增大,腐蝕電

6、流密度減小,轉(zhuǎn)移電阻和阻抗模增大,合金的耐腐蝕性能提高,且對于Mg-Zn-Y-1-0Nd合金最為顯著;
　　 隨Nd含量增加,亞快速凝固(Φ3mm與Φ2mm)和普通凝固下Mg-Zn-Y-Nd合金的腐蝕電位、開路電位均增大,腐蝕電流密度先減小后增大,轉(zhuǎn)移電阻和阻抗模先增大后降低,在Nd含量為1.0%時腐蝕電流密度最小,轉(zhuǎn)移電阻和阻抗模最大,即耐腐蝕性能達最優(yōu)。Nd能夠減小鎂合金發(fā)生腐蝕的傾向,適量加入Nd可降低腐蝕速率,提高耐蝕性

7、;
　　 亞快速凝固增強了Nd提高Mg-Zn-Y-Nd合金耐腐蝕性能的作用。在普通凝固與亞快速凝固(Φ3mm)兩組冷速下,Mg-Zn-Y-1.0Nd合金耐腐蝕性能優(yōu)于Mg-Zn-Y-0.5Nd合金的程度不大;在亞快速凝固(Φ2mm)下,Mg-Zn-Y-1.0Nd合金耐腐蝕性能優(yōu)于Mg-Zn-Y-0.5Nd合金顯著(腐蝕電流密度減小了45.1%,轉(zhuǎn)移電阻增大了85.5%)。所有合金中,亞快速凝固(Φ2mm)Mg-Zn-Y-1.0N

8、d合金耐腐蝕性能最好,優(yōu)于已經(jīng)用于制備血管支架的WE43合金;
　　 考慮到亞快速凝固(Φ2mm)合金易形成三晶區(qū),以及實際血管支架是對微管形狀材料的內(nèi)外回轉(zhuǎn)面性能有要求,對比研究了亞快速凝固(Φ2mm)Mg-Zn-Y-1.0Nd合金的回轉(zhuǎn)面與截面的腐蝕性能。動電位極化試驗、電化學阻抗分析及浸泡試驗均表明亞快速凝固圓柱形試棒回轉(zhuǎn)面的耐腐蝕性能優(yōu)于截面,這非常有利于亞快速凝固Mg-Zn-Y-1.0Nd合金充分發(fā)揮其表層細晶區(qū)的優(yōu)異

9、耐腐蝕性能而應用于血管支架。
　　 經(jīng)亞快速凝固,Mg-Zn-Y及Mg-Zn-Y-1.0Nd合金的血液相容性提高:加入1.0%Nd使合金溶血率降低,活化部分凝血活酶時間延長,亞快速凝固下更明顯;普通凝固及亞快速凝固Mg-Zn-Y-1.0Nd合金的溶血率及APTT均優(yōu)于WE43合金和316L不銹鋼;亞快速凝固Mg-Zn-Y-1.0Nd合金其浸提液培養(yǎng)的細胞生長形態(tài)較好,細胞存活率高,細胞毒性為1級,達到國家對生物材料安全性要求;隨