新型生物醫(yī)用TI-Mg合金的制備及組織與性能研究.pdf

1、鈦及鈦合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能和良好的耐腐蝕性，在臨床上長期被用作人體牙齒和骨頭的替換材料，但其缺乏生物活性。鎂及鎂合金作為生物醫(yī)用材料可在生理環(huán)境中降解，具有良好的生物活性，但其降解過快易導(dǎo)致植入失效。本文考慮結(jié)合鈦、鎂各自的優(yōu)點(diǎn)，嘗試制備一種用于骨組織修復(fù)和替換的新型生物醫(yī)用Ti-Mg合金。
　　本研究首先通過機(jī)械合金化方法制備了不同Mg含量的Ti-xMg（x=5，10，15wt.％）合金粉末，然后利用放電等離子燒結(jié)工藝制備了T

2、i-Mg合金。通過激光粒度、XRD、SEM、XPS、ICP-AES和力學(xué)性能測(cè)試等手段研究了粉末和合金的相組成、顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，通過模擬體液浸泡與電化學(xué)測(cè)試研究合金的生物活性和電化學(xué)腐蝕行為。所得結(jié)論如下:
　　通過試驗(yàn)，確定粉末球磨工藝參數(shù)為:球磨轉(zhuǎn)速240r/min，球料比為10∶1，球磨時(shí)間為30h。隨著球磨時(shí)間的延長，Mg逐漸固溶到Ti粉中。隨著Mg含量的增加，混合粉末越難以破碎，Ti-Mg合金粉末的顆粒粒徑隨Mg含量

3、的增加不斷變大。球磨達(dá)到30h時(shí)，粉末成分分布均勻，成功實(shí)現(xiàn)合金化。
　　采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，在10KN-800℃條件下制備出了Ti-Mg合金，Ti-5Mg合金的相成分是Ti、一氧化鈦和氧化鎂，Ti-10Mg合金和Ti-15Mg合金相成分為Ti、一氧化鈦、Mg和氧化鎂。SPS制備的Ti-Mg合金組織中存在一定數(shù)量的燒結(jié)殘留孔洞和Mg氣化留下的孔洞。對(duì)燒結(jié)后合金孔隙率和成分進(jìn)行計(jì)算，Ti-5Mg、Ti-10Mg和Ti-15Mg合

4、金致密度依次為99.68％，99.44％和93.49％，致密度隨著Mg含量的增加而降低;燒結(jié)過程中Ti-5Mg合金Mg未損失，Ti-10Mg和Ti-15Mg合金則損失了3.2.wt.％和5.77.wt.％的Mg。
　　對(duì)Ti-Mg合金進(jìn)行維氏硬度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試，Ti-5Mg和Ti-10Mg的HV5/15硬度值為HV469.28和HV406.69，抗壓強(qiáng)度為1690.89MPa和1671.72MPa，Mg含量增加至15％時(shí)，合金硬度

5、顯著降低至HV306.17，抗壓強(qiáng)度降低至1373.06MPa。
　　模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)表明:Ti-Mg合金在模擬體液中浸泡后，表面均有磷酸鈣鹽沉積，合金中的Mg含量越多，表面沉積的磷酸鈣鹽越多。浸泡過程中，合金表面Mg2+離子溶解析出，促進(jìn)了溶液中的Ca2+離子和磷酸根離子在合金表面形成磷酸鈣鹽沉積，Mg的加入改善了鈦的生物活性。Ti-Mg合金在模擬體液中的電化學(xué)腐蝕過程中能夠保持穩(wěn)定性。隨著合金中的Mg含量增加，合金的自腐蝕電位