可降解鎂基生物功能梯度材料的制備及表征.pdf

1、具有良好的生物相容性和可降解性的鎂合金是具有極大發(fā)展?jié)摿Φ墓侵踩氩牧?。但是鎂合金的力學(xué)性能不足和腐蝕過快是目前臨床應(yīng)用的難題。因此需要對(duì)鎂合金進(jìn)行加工及表面改性，以提高鎂合金的力學(xué)性能和降解可控性能。
　　攪拌摩擦加工技術(shù)(Friction stir processing，F(xiàn)SP)能夠使鎂合金晶粒細(xì)化，第二相分布均勻。羥基磷灰石(HA，Ca10(PO4)6(OH)2)和貝塔型磷酸三鈣(β-TCP，Ca3(PO4)2)作為骨骼的重要

2、組成成分，具有良好的生物相容性和骨誘導(dǎo)性。因此，本文采用攪拌摩擦加工制備Mg基/HA復(fù)合材料和Mg基/β-TCP復(fù)合材料，既能提高鎂合金的力學(xué)性能又能發(fā)揮HA和β-TCP的骨誘導(dǎo)性。在Mg/HA攪拌層或Mg/β-TCP攪拌層上再進(jìn)行雙脈沖電沉積制備可降解HA涂層，獲得鎂基功能梯度材料，實(shí)現(xiàn)骨植入器械誘導(dǎo)骨修復(fù)的時(shí)序性。利用金相顯微鏡、掃描電鏡及能譜、X衍射儀、浸泡試驗(yàn)、結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試等實(shí)驗(yàn)研究鎂基功能梯度材料的微觀組織結(jié)構(gòu)、組成及體外降解

3、性能。揭示了攪拌摩擦加工參數(shù)及HA和-TCP對(duì)得到鎂基功能梯度材料組織和性能的影響規(guī)律，探討鎂基功能梯度材料的體外降解機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明:采用多道次FSP將HA、β-TCP分別和Mg-Zn-Y-Nd合金制備Mg基/HA復(fù)合材料、Mg基/β-TCP復(fù)合材料，單道次加工得到的復(fù)合材料攪拌層中增強(qiáng)體團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，但是增強(qiáng)體的存在使得晶粒細(xì)化;當(dāng)加工道次增加時(shí)，增強(qiáng)體隨加工過程被剪碎，在基體中分散均勻，當(dāng)加工道次為4道次時(shí)，HA和β

4、-TCP分別均勻的分散在鎂合金中。
　　給進(jìn)速度為25mm/min攪拌摩擦加工4道次制備得到的Mg基復(fù)合材料顯微硬度提高，其中Mg基/HA復(fù)合材料和Mg基/β-TCP復(fù)合材料加工區(qū)硬度分別達(dá)到87HV、84HV，均遠(yuǎn)高于硬度值為48HV的均勻退火態(tài)鎂合金。
　　兩種鎂基復(fù)合材料的腐蝕速率均低于均勻退火態(tài)鎂合金，這是由于攪拌摩擦加工得到的鎂基復(fù)合材料組織均勻，晶粒細(xì)小，提高其耐蝕性。FSP制備的Mg基/HA復(fù)合材料的耐蝕性能好

5、于Mg基/β-TCP復(fù)合材料。其腐蝕形貌分析顯示攪拌摩擦加工得到的兩種復(fù)合材料表面形成一層腐蝕產(chǎn)物膜，有效的阻礙合金腐蝕。
　　在FSP1道次的Mg/β-TCP攪拌層和Mg/HA攪拌層上分別電沉積，在電流密度0.1mA/cm2，時(shí)間5s、15s、1min、5min制備得到的涂層前期形貌變化為花苞狀到花朵狀，HA優(yōu)先生長在增強(qiáng)體團(tuán)聚的攪拌層表面，有增強(qiáng)體的攪拌層作為過渡層使得HA涂層形成所需能量降低，故優(yōu)先生長在該部位。
　　

6、采用雙向脈沖電沉積分別在FSP4道次的Mg/β-TCP攪拌層和Mg/HA攪拌層表面制備涂層，涂層均勻致密，涂層與攪拌層的結(jié)合強(qiáng)度提高，Mg基/HA功能梯度材料結(jié)合強(qiáng)度為29.6MPa，Mg基/β-TCP功能梯度材料結(jié)合強(qiáng)度26.3MPa，F(xiàn)SP4鎂合金表面制備HA涂層結(jié)合強(qiáng)度為23.1MPa。
　　分析兩種功能梯度材料的腐蝕速率和腐蝕形貌可知，Mg基/HA生物功能梯度材料和Mg基/β-TCP生物功能梯度材料浸泡336h后的平均腐蝕