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提高生物医用镁合金耐蚀性的方法

2016-12-21 16:51:57
作者:本网整理
来源:网络

镁合金具有优良的机械性能, 与人体生物相容性好, 尤其是具有可生物降解的特点, 是一种很有前途的生物降解医用材料。综述了生物医用镁合金的研究进展, 并阐明了其在人体内的降解机理及提高镁合金耐蚀性的改进
方法.

 

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    纯化镁合金

 

    杂质元素在镁合金中一般以阴极相与镁合金构成电偶, 极大地促进了镁合金的腐蚀, 其中以铁、 镍、铜和钴的危害性最大。提高镁合金纯度的方法主要包括: 改进冶炼工艺、 选择高纯度的原料、 净化( 去除杂质和合金) 镁合金熔体。李华伦等系统分析了杂质对镁及镁合金性能的影响, 指出过滤精炼具有较好提纯效果, 这种方法既可以去除镁及镁合金液中的非金属杂质, 也可以净化金属杂质, 是一种经济实用的技术。


    高家成等对纯镁、 镁锌锆、 镁锌锆钇 (Mg-5.6Zn - 0.55Zr - 0.9Y ) 合金材料放入仿生溶液中浸泡10d后的腐蚀行为进行了研究。结果表明, 纯镁的质量损失是0.9% , 耐蚀性最好; 镁锌钇锆的耐蚀性较好, 质量损失为1.7% ; 镁锌锆质量损失更多, 为3.1% 。合金中的杂质元素越少, 耐蚀性越好。任伊宾等研究了纯度为99.9%和99.5%的两种商业纯镁的腐蚀行为, 研究表明高纯镁的耐蚀性明显高于低纯镁的。


    Cao等用纯度高达99.98%的原镁制备了高纯镁铝、 镁钙、 镁锌等合金, 但是金属中有些杂质去除困难, 随着纯度的升高, 杂质去除更困难。在实际生产中, 由于提纯成本较高, 通过纯化镁合金来提高耐蚀性的应用较少。


  
  合金化处理

 

    在镁中添加合金元素可以提高镁的耐蚀性, 但向生物医用镁合金中添加的元素必须具有良好的生物相容性。铝能够提高镁合金的耐蚀性, 少量铝的加入能够提高镁合金的综合性能, 但铝元素也会损害人体的神经元和成骨细胞; 重稀土元素容易在脑中 富 集, 过 量 的 Y 3+会 影 响 小 鼠 的 基 因 表达。因此, 生物医用镁合金的选取, 必须考虑合金对人体安全性, 使用无毒或低毒的合金。由于钙,锌和锰元素是必要的人体代谢元素, 可以提高镁合金的耐蚀性, 而且具有良好的生物相容性, 是镁合金的首选要素。


    钙能使多孔疏松镁的氧化膜变得致密, 提高镁合金的耐蚀性。贾冬梅等研究了 M g- 1Zn - xCa ( x =0.25 , 0.5 , 1) 合金在模拟体液( H ank's模拟体液) 中的腐蚀行为。结果表明, 随着钙含量的增加, 镁合金的腐蚀加剧。


    Mg- 1Zn - 1Ca合金表面会在腐蚀初期出现小面积的腐坑蚀, 后期由于腐蚀速率加快, 腐坑蚀的面积逐渐增大, 并且腐蚀也会由外到内不断加深, 同时腐蚀产物也会在表层堆积并脱落。因而,Mg- 1Zn - 0.25Ca合金的耐蚀性最好, 少量的钙能提高镁合金的耐蚀性。


    锌能降低镁合金的局部腐蚀, 从而降低镁合金的腐蚀速率。耿丽彦等采用熔融浇注法制备了锌含量分别为4% ( 质量分数, 下同) , 6%和8%的Mg- Zn - Ca镁合金, 研究了锌含量对 Mg - Zn - Ca镁合金腐蚀性能的影响。结果表明, 这三种镁合金的腐蚀速率变化是相似的。初期腐蚀速率急剧增大, 后期有起伏, 但整体呈降低趋势, 其中4%Zn镁合金的腐蚀速率最低。这是因为4% Zn和6% Zn的镁合金中存在 MgZn相, 而8% Zn的镁合金中除了Mg Zn相外, 还存在大量的 Mg Zn 2 相, 第二相化合物越多, 越容易与镁合金基体形成腐蚀微电池, 各相的晶界处就越容易发生腐蚀。因此,8%Z n镁合金的腐蚀较4%Z n 、 6%Z n镁合金的严重。


    锰能大大抑制杂质元素的不良影响, 从而提高镁合金的耐蚀性。周世杰等研究了Mg-Zn 和Mg- Zn - Mn合金的腐蚀行为,Mg- Zn - Mn合金中锌元素和锰元素的质量分数分别2% , 0.2% 。 Mg - Zn -Mn 合金的析氢腐蚀速率最低, 其表面发生均匀腐蚀, 且合金组织均匀, 耐蚀性较 Mg - Zn合金的有所提高。


    稀土元素可以进入镁合金表面使其更加稳定,从而提高镁合金的耐蚀性。余琨等对 Mg- 6%Zn合金和Mg- 6%Zn - 2%Y 合金在人体模拟体液中的腐蚀行为进行了研究, 可以看出 Mg - 6%Zn 和 Mg 6%Zn - 2%Y 两种合金的耐蚀性明显强于纯镁的。


    稀土元素钇可以在镁合金熔炼过程中与熔体中的杂质及氧化夹杂反应, 从而有效净化熔体, 改善合金的耐蚀性。


   
热处理

 

    热处理对镁合金的腐蚀影响很大, 常用的热处理方法是均匀固溶热处理、 固溶时效热处理和时效热处理。


    Chang 等研究了铸态、 固溶态和时效态 Mg-3Nd - 0.2 Zn - 0.4Zr合金的腐蚀行为。结果表明, 固溶处理极大地提高了镁合金的耐蚀性。 Zhao等对410℃固溶处理的 AZ91镁合金采用两步冷却,即先随炉冷却到213℃ , 然后再取出水冷。结果原先粗大的颗粒状 β 相消失, 出现大面积连续分布的细小层片状(α+ β ) 析出相, 从而提高了合金的耐蚀性。


    方元等研究了 Mg- Y - Nd - ( La +Ce ) - Zr镁合金在人体模拟溶液中的耐蚀性。结果表明, 铸态镁合金和热处理后的镁合金均存在局部腐蚀, 但热处理后的镁合金腐蚀程度相对较轻, 随着浸泡时间的延长, 铸态镁合金点蚀区域的氢氧化镁逐渐增多并局部富集, 热处理后镁合金点蚀产物也增加, 但局部富集不明显, 与铸态镁合金相比热处理后镁合金的耐蚀性显著提高。 Walter等也发现热处理可以提高 WE54镁合金耐蚀性。


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责任编辑:邢云辉

   

标签: 生物医用镁合金, 耐蚀性

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