基于Mg-4Zn-xNd镁合金植入体的制备及其生物可降解性能的研究.pdf

生物可降解镁合作为新一代的医用工程材料受到人们越来越多的关注。与传统的医用属植入材料不锈钢、钛合等相比，镁合铸造性能良好，比刚度、比强度高，弹性模量（=）、密度（ρ=）与人体骨骼接近（=，ρ=），在组织修复过程中不会造成应力遮挡。研究表明镁合在人体内具有良好的生物相容性，但作为植入材料，镁合在人体内降解过快且腐蚀降解不均匀会导致其机械完整性提前丧失。同时，镁合植入材料在快速降解过程中发生的副反应会影响材料植入部位的平衡，并产生大量氢气囊，影响骨骼生长，无法满足植入后的骨支撑、骨诱导等服役性能要求。　　本文针对镁合作为生物医用材料降解速率过快的弊端，采用重力铸造法制备出掺杂有生物活性元素和能大幅度提升合基体电位的稀土元素的（=％）铸态镁合，先后通过电化学实验（极化曲线、阻抗谱）和浸渍试验（失重法）等方法研究了含量和热处理过程（固溶处理工艺、热挤压工艺和退火工艺）对镁合生物降解性能的影响，并对它的腐蚀机制进行了探讨。并进一步通过体外生物相容性实验，研究了合的降解过程对其细胞相容性的影响。研究结果表明：　　（）二元合中的主要物相为α基体和少量的二元相，三元合中的主要物相为α基体和二元相。稀土元素的添加导致大量第二相沿晶界位置析出，并使合的晶粒尺寸显著细化，同时三元合的腐蚀速率降低%左右。铸态合先后在℃、和℃、条件下进行固溶处理后，第二相含量明显降低，晶粒尺寸增大，合的腐蚀速率降低%左右，其中表现出最好的耐腐蚀性能。　　（）固溶态合在挤压比为:，挤压速度为，挤压温度分别为℃，℃，℃，℃条件下进行热挤压处理后，晶粒尺寸减小，且随着温度升高，挤压态合的晶粒尺寸增大、第二相含量降低，合的耐腐蚀性能得到不同程度的提高，当挤压温度为℃时，腐蚀速率最低，达到。　　（）℃挤压态合在退火温度为℃，退火时间分别为，，，，的退火工艺条件下进行退火处理，随着退火时间延长，合的晶粒尺寸持续增大，第二相持续析出，加工残余应力逐渐减小，导致合的腐蚀速率逐渐增大。　　（）对比铸态、固溶态、挤压态和退火态合的腐蚀速率与细胞实验结果表明，镁合的腐蚀速率对成骨细胞在其表面的粘附、活性及分化影响较大；适量的掺杂在提高合耐腐蚀性能的同时促进细胞的粘附、铺展；热处理工艺导致合第二相含量及晶粒尺寸发生变化，影响合的耐腐蚀性能，腐蚀速率的加快抑制了细胞的粘附、增殖及分化过程。