镁合金

1.3镁基生物医用金属材料的研究现状
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    镁在地壳中的储藏量极其丰富,其储藏量达到百分之2.8,位居第6位。我国是镁资源大国,储藏量居世界首位;产量也居十世界首位,占全球2/3;但是我国并非镁工业强国,镁工业还处十起步阶段,原镁生产规模小而分散,技术比较落后,品质不够稳定,出口的产品大部分是初级的廉价的原料产品。国家政府部门已经投入大量的资金进行相关问题的研究和开发。随着国际国内镁产品开发空间的增大,镁资源将发挥更为重要的作用,镁有可能继铜、铝后的下一代热门行业。
          从近几十年来的研究报告不难发现,合金作为生物医用金属材料与现在已经临床使用的其它生物医用金属材料相比具有明显优势:1资源丰富,价格低廉;2优异的生物相容性和生物可降解性;3镁离子是人体必不可缺的金属阳离子,几乎参与所有的能量代谢;4良好的力学相容性,以镁为基体的合金的弹性模量和密度最接近人体骨骼弹性模量和密。更为重要的是,镁合金本身在生物体中可以逐渐降解,由新生骨组织逐渐代替原先的植入体,是理想的生物支架材料
      Wittea等人通过研究不同类型的镁合金在生物体内的腐蚀降解情况,发现镁合金更能促进
周围骨组织的生长。也有研究表明添加稀土兀素能以高镁合金的生物相容性,如在镁中加入CeCI3可以抑制肿瘤的产生,加Y203的轻基磷灰石能更好的与骨组织结合。根据人骨组织是多孔结构的特点,还开发出了多孔铁合金,新骨可以在多于合金的孔洞中生长,镁合金与新骨的结合强度明显提高
                       
  1.4镁基生物医用金属材料的优势与存在问题
1.4.1医用镁合金生物相容性
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近年来,开发出来的许多金属基生物材料或多或少存在一定的问题。如NiTi形状记忆合金会释放对人体有害的镍离子钦合金植入人体后产生过敏和应力遮挡效应
  镁元素是新陈代谢和骨组织中的基本元素,是人体内合成卵磷脂酶的激活剂。在成人体内,镁含量约为20-30g,其中70%以上以磷酸盐形式参与骨骼与牙齿的组成,其余分布在软组织和体液中,成人一般镁的口需求量为200-300mg。由十人体很容易通过新陈代谢把镁离子排出体外,所以没对人体几乎没有毒害作用。
1.4.2医用镁合金可降解性
    镁的电极电位比较低,化学性质活泼,尤其是在含有氯离子的在人体体液中可以以一定速率降解,降解以后的镁参与人体内所有新陈代谢过程。杨柯指出:经过热处理后的AZ31镁合金在植入体内5周后就发生了降解,降解过程中表面生成具有优异生物活性的Ca-P沉积物。张广道等通过对动物体内植入镁合金的早期实验研究中发现,与目前临床常用的Ti-6A1-4V钦合金相比,镁合金更容易诱导新骨生长,降解后的产物一部分被组织吸收,另一部分通过代谢排出体外。
1.4.3医用镁合金力学相容性
镁是一种轻质金属,具有密排六方晶体结构,与人体骨具有相近的密度和弹性模量等优点,可有效避免应力遮挡效应
表1.1镁合金与临床上常用的医用金属材料力学性能比较
     
    表1.1是镁合金与临床上应用最广的不锈钢、钻基合金和钦及钦合金相比较。可以看出镁及镁合金的密度、弹性模量、屈服强度及断裂韧性更接近人体骨。其它金属材料与人骨的弹性模量相差过大。不利十新骨的生长,容易导致二次骨折
headcall1.4.4医用镁合金在人体内植入时存在的问题及解决方案
        但是镁合金作为医用植入材料还是存在一定的不足。镁及镁合金表面极易腐蚀形成疏
松多孔的氧化镁,耐蚀性较差,制约了镁合金的应用。镁的标准电极电位仅为-2.34V,化学性质极为活泼,在降解过程中降解速度太快,成骨细胞还没有生长完全时,已经就降解完了,不能起到良好的支撑作用。
影响镁合金的耐蚀性的因素很多,镁合金铸锭或铸件中的氯化物火杂可导致镁合金的耐腐蚀性能大大降低。合金中的杂质兀素Fe, Ni, Cu及Co等对镁合金的耐蚀性的影响也很大。除此之外还有镁合金的加工工艺、组织状态等因素。尤其是在富含氯离子的人体体液中极其容易发生腐蚀,导致植入物失败提高耐蚀性一直是对镁及镁合金的研究和应用的关键和瓶颈。
通过文献查询得知以下几种方案可以提高镁及镁合金的耐蚀性:
    1,提高合金纯度。镁合金中的杂质元素是影响镁合金腐蚀的关键因素。镁合金的电极电位比较低,同杂质元素容易形成微电池,从而增加电化学腐蚀程度。在允许的条件下降低有害元素的含量对提高镁合金的耐蚀性有很大帮助
铝合金橱柜柜体    2,合金化。有些合金兀素可以细化合金第二相,对十活泼的镁合金基体体来说,第二相
大部分是阴极相,加入可以细化第二相的合金兀素后把大的第二相细化成细小弥散的阴极相,降低了合金局部腐蚀的可能性。还有一些合金兀素可以起到钝化基体作用。尹冬松等[4l牙旨出Zn能延长镁合金的钝化区间,提高合金的点蚀电位。Song Guang-ling 在其研究中也发现Zn在纯镁中显著提高合金耐蚀性。
    3、快速凝固。是一种能够有效提高合金耐蚀性的方法,主要是由十快速凝固的合金成分和组织比较均匀,可以抑制局部腐蚀。其次就是快速凝固的过程中把有害杂质固溶到合金基体中,有害相得不到释放,从而减轻了腐蚀的倾向。将这一工艺应用到生物医用金属材料的冶炼的报道还很少。
    4、表面处理。表面处理主要包括:金属镀层、离子注入和微弧氧化等。张二林等在纯镁上镀钦,用电化学的方法测得钦涂层腐蚀性能发现,合金的自腐蚀电位正移,自腐蚀电流密度下降。Wang Y Z等指出剂量为0.91017 / cm2的Zn离子注入Mg-Ca合金后其耐蚀性能得到提高。土业明等运用微弧氧化的方法在MB6镁合金表面制备了Mg0陶瓷化涂层,在模拟体液中浸泡后发现涂层具有良好的抗Cl一的侵蚀能力。
    5、变形处理。任伊宾等通过对纯镁进行加工处理发现轧制的纯镁在生理盐水可以提高
腐蚀电位,降低腐蚀速率。Wang H}`}}等对热轧AZ31镁合金的研究过程中发现相对铸态AZ31镁合金其腐蚀性能得到明显提高。究其原因,这种方法可以抑制组织微观偏析,成分缺陷,提高耐蚀性。
    纵观几种方法,各有优势。对十生物可降解镁合金而言,提高合金纯度的快速凝固制备合金在实验要求上比较高;表面处理虽然在植入早期可以减缓腐蚀,但是中后期的腐蚀起不到主要作用;合金化是对组织的控制,能从根本上解决腐蚀性能差的同时提高合金力学性能。
2.2.1 金相组织分析(OM)11
通信与信息管理
2.2.2  扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析
2.3 腐蚀性能分析12
2.3.1腐蚀形貌观察13ye3.1 不同轧制工艺对Mg-Zn-Ca合金显微组织的影响.1.1  金相组织分析14ye3.2  不同轧制工艺对Mg-Zn-Ca 合金拉伸性能的影响16 

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