HA涂層鎂合金生物醫(yī)用材料的制備及其降解性能與生物相容性的研究.pdf

1、近幾十年來，生物醫(yī)用金屬材料在不斷的發(fā)展與創(chuàng)新，多種新型材料被開發(fā)成功。鎂合金做為生物醫(yī)用植入材料有很多優(yōu)于其他材料的性能。鎂的密度，彈性模量等物理性能與人體骨組織接近，鎂離子是人體所必須的微量元素之一。羥基磷灰石(HA)是骨骼、牙本質和牙釉質等硬組織的主要成分。把這兩者結合到一起，即在鎂合金表面涂覆HA涂層，使得金屬材料保持了良好的力學性能，又具備了優(yōu)良的生物相容性。本課題根據生物相容性、力學相容性和可降解性的要求自行優(yōu)化設計了Mg-

2、4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材，以純Mg及Mg-Ca合金為對比材料，研究它們的降解性能。以Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材為基體，在其表面制備HA涂層。并對該材料的降解性能與生物相容性進行了研究。獲得的實驗結果如下:
　　(1)優(yōu)化設計了Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金，對Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金錠坯進行均勻化退火后，道次間退火溫度在300℃～400℃之間，同時道次壓下量

3、控制在10％～20％的軋制工藝條件下，進行高溫到低溫分階段的軋制，軋制出了表面質量良好的1mm厚板材。并進行了175℃、12h的人工時效處理，其力學性能優(yōu)良，抗拉強度達320MPa，同時硬度值達71.2HV，最大延伸率達到19.2％。
　　(2)以純Mg、 Mg-0.6Ca、Mg-1.0Ca合金與Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材做耐腐蝕性的對比實驗，在SBF溶液降解實驗中，它們的平均腐蝕速率分別為1.208g/(m

4、2·h)、1.172g/(m2·h)、1.263g/(m2·h)和0.907g/(m2·h);腐蝕電流密度分別為1.670 mA/cm2、1.523 mA/cm2、1.848 mA/cm2和1.238mA/cm2。它們的耐腐蝕能力大小是Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材＞Mg-0.6Ca合金＞Mg＞ Mg-1.0Ca合金。
　　(3) Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材在SBF溶液降解實驗中的腐蝕規(guī)律是

5、:點蝕→局部腐蝕→點蝕的循環(huán)過程。原因是晶內第二相析出物能夠提高合金的耐腐蝕性，板材的第二相主要是Mg6Ca2Zn3和MgZn相，Zn的活性比Mg低同時Zn能適當地提高鎂合金的腐蝕電位，增強了鎂合金的耐腐蝕性。
　　(4)以Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材為基體，利用前堿熱處理+電沉積+后堿熱處理方法在板材基體表面制備出了HA涂層，厚度約為31.575μm。在電沉積溫度50℃，精確控制電壓在10V時，得到涂層表面平

6、整、致密，HA顆粒細小，Ca/P(1.72)比接近人骨中的Ca/P比(1.67)。
　　(5)研究了HA涂層Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材浸泡在SBF溶液中的降解性，實驗證明其初始時自腐蝕電位明顯正移，自腐蝕電位正移200mV以上，其在SBF溶液降解中，初始腐蝕速率也低于未涂層試樣的腐蝕速率。
　　(6)對HA涂層Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金進行了生物相容性研究，即溶血率及細胞毒性實驗，HA