微弧氧化處理前后AZ91D鎂合金在口腔環(huán)境中的性能研究.pdf

1、鎂及其合金被譽(yù)為“21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿颓巴镜木G色工程材料”，它因其低價(jià)格、良好的生物相容性和生物可降解性，并作為人體內(nèi)僅次于鉀、鈉、鈣的細(xì)胞內(nèi)正離子參與人體新陳代謝的優(yōu)勢(shì)，很有希望成為一類新型的醫(yī)用金屬植入材料。但鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，在耐腐蝕、耐磨損、抗疲勞方面面臨著巨大的挑戰(zhàn)，必須作適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚聿趴蓾M足作為長(zhǎng)期植入材料的應(yīng)用。微弧氧化(MAO)技術(shù)可在金屬表面形成一層與基體結(jié)合良好的致密陶瓷層，耐腐蝕、耐磨損、抗疲勞，是一種很有希

2、望的醫(yī)用金屬植入材料的表面生物改性技術(shù)。本研究首次將AZ91D鎂合金引入口腔植入材料領(lǐng)域中，采用微弧氧化技術(shù)對(duì)AZ91D鎂合金表面進(jìn)行生物學(xué)改性，并用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的辦法，探討AZ91D鎂合金表面改性前后在模擬口腔環(huán)境中耐腐蝕-磨損性能，抗疲勞性能及其相互影響規(guī)律及機(jī)理。主要結(jié)論如下： (1)采用浸泡與電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)研究了AZ91D鎂合金微弧氧化處理前后的耐腐蝕性能。結(jié)果表明：浸泡試驗(yàn)中60天內(nèi)未處理試樣體積損失是的微弧氧化試樣

3、20.97倍，而電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)中，微弧氧化處理將鎂合金在人工唾液中的自腐蝕電位E0由-1.45V提高到-0.44V，自腐蝕電流密度I0由7.5×10-5A/cm2降低到5.0×10-7A/cm2，微弧氧化后的AZ91D鎂合金耐腐蝕性能得到顯著的提高。 (2)通過對(duì)微弧氧化陶瓷層的XRD分析發(fā)現(xiàn)，微弧氧化陶瓷層主要由Mg2A14Si5O18、Mg0.87A11.8303.61、MgSiO3、Mg2A1等含硅的尖晶石型氧化物和Mg、

4、A1復(fù)合氧化物組成，具有致密結(jié)構(gòu)，與基體結(jié)合緊密，可隔離鎂合金與腐蝕介質(zhì)，有利于提高AZ91D鎂合金的耐腐蝕性能和耐磨損性能。 (3)采用南理工自制的磨損實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究了在人工唾液潤(rùn)滑條件下AZ91D鎂合金微弧氧化前后的磨損特性。結(jié)果表明：同種載荷與磨程下，三種試樣的平均磨損體積損失為：未處理AZ91D鎂合金組＞Ti6A14V組＞微弧氧化鎂合金組，微弧氧化處理能有效的提高AZ91D鎂合金在人工唾液潤(rùn)滑條件下的耐磨損性能：

5、(4)利用有限元模擬了微弧氧化處理前后的AZ91D鎂合金耐磨損性能，模擬所得結(jié)果與真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果反映的趨勢(shì)類似：經(jīng)微弧氧化處理后的AZ91D鎂合金耐磨性能得到顯著的提高。 (5)利用有限元模擬了AZ91D鎂合金微弧氧化處理后，所陶瓷層的厚度和彈性模量對(duì)鎂合金疲勞性能的影響。結(jié)果表明：在口腔這一特定環(huán)境中，微弧氧化陶瓷層的厚度、彈性模量對(duì)牙齒材料的疲勞壽命沒有實(shí)質(zhì)性的影響，可以滿足口腔疲勞性能要求，就疲勞情況而言適合做口腔義齒材料。