材料期刊网

医用Mg-Ca和Mg-Li-Ca合金腐蚀研究

曾荣昌郭小龙刘成龙崔洪芝陶武刘云逸李博文

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00325

通过失重法、析氢实验、pH值测定和动电位电化学测试等方法, 研究了挤压态Mg-0.54Ca和Mg-1.33Li-0.6Ca合金在模拟体液中的腐蚀降解行为, 并利用OM和SEM对合金显微组织及腐蚀形貌进行了观察, 采用XRD对基体及腐蚀产物的相结构进行分析. 结果表明, Mg-1.33Li-0.6Ca合金的组织由α-Mg基体和Mg₂Ca及CaLi₂第二相组成, 而Mg-0.54Ca合金的组织由α-Mg基体和第二相Mg₂Ca组成; Mg-1.33Li-0.6Ca合金在Hank's溶液中浸泡初期的耐蚀性能略低于Mg-0.54Ca合金, 随着浸泡时间的延长, 其耐蚀性能明显优于Mg-0.54Ca合金, 主要原因是Li提高了Mg-1.33Li-0.6Ca合金腐蚀产物的致密性; Mg-1.33Li-0.6Ca合金的腐蚀产物为LiH, Mg(OH)₂, MgCO₃, CaCO₃, CaMgCO₃和CaMgPO₄, 而Mg-0.54Ca合金腐蚀产物为MgCO₃, CaCO₃和CaMgPO₄. Mg-0.54Ca和Mg-1.33Li-0.6Ca合金在模拟体液中的腐蚀类型都为点蚀和丝状腐蚀.

关键词: Mg-Li-Ca合金 , biomaterial , corrosion , simulated body fluid , polarization

金属阳离子对医用镁合金降解行为的影响规律

李英 , 宁成云 , 李红龙 , 谭帼馨 , 余遵雄 , 王晓岚

稀有金属材料与工程

医用镁合金的降解特性直接影响其在心血管支架和骨替换材料等领域的应用.本研究在保持与生理体液氯离子浓度一致的基础上,选用镁合金AZ31B分别浸入NaCl溶液,KCl溶液,MgCl2溶液和CaCl2溶液中,对比研究金属阳离子对医用镁合金的降解行为影响.通过动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试分析,发现镁合金浸泡在4种氯盐溶液时的腐蚀电位、阻抗与其在降解过程中溶液pH变化、样品失重变化趋势一致,即金属阳离子直接影响医用镁合金的降解特性:NaCl＞ KCl＞ CaCl2＞ MgCl2,其中Na+和K+比Ca2+和Mg2+更能促进镁合金降解.

关键词: 降解 , 金属阳离子 , 镁合金 , 电化学分析 , 模拟体液

镁钙锌合金在人体模拟体液中的腐蚀行为

毛丽贺 , 何芳 , 万怡灶 , 黄远

材料导报

研究了两种钙含量相同、锌含量(质量分数)不同的镁合金(Mg-1.0％Ca-0.3％Zn和Mg-1.0％Ca-1.0％Zn)在模拟体液(Simulated body fluid,SBF)中的腐蚀行为.通过三电极体系动电位法、析氢法、pH计和扫描电子显微镜对合金在SBF中的极化曲线、浸泡过程中析出氢气量、SBF的pH值变化以及浸泡后的合金形貌进行分析和研究.结果表明:两种合金的耐腐蚀性均好于纯镁,其中合金Mg-1.0％Ca-1.0％Zn较合金Mg-1.0％Ca-0.3％Zn在SBF中极化阻力大,析出氢气量减少,在1～48 h内SBF溶液的pH值增加较快,SBF溶液的碱化较快;浸泡后合金Mg-1.0％Ca-1.0％Zn表面较平整,合金的耐腐蚀性较好,腐蚀速率能基本满足作为体内植入生物材料的要求,且在SBF中日离子溶出量不超过人体耐受量的前提下,其体内植入物制品表面积上限可达179 cm2,具有较大的实用性.

关键词: 镁钙锌合金 , 耐腐蚀性 , 生物材料 , 模拟体液

钛合金表面K2Ti6O13w涂层的制备及其生物活性

功能材料

K2Ti6O13晶须不仅具有优越的力学性能和良好的生物学特性,而且具有与常规Ti合金相近的膨胀系数.本研究尝试选用K2Ti6O13晶须(K2Ti6O13w)作为生物活性涂层材料,利用BCC方法(混合-包埋-煅烧)在Ti合金基体上成功制备了K2Ti6O13w涂层,并对涂层的表面形态、结合强度和生物活性进行了研究.结果表明,涂层由K2Ti6O13晶须和少量的TiO2和K2Ti4O9组成,其表面粗糙多孔.由于膨胀系数的良好匹配,涂层与基体之间具有较高的结合强度,达24MPa.模拟体液培养后,涂层表面沉积了一层多孔的骨状羟基磷灰石,它由平均直径20nm,长200nm的羟基磷灰石纳米线组成,这表明钛酸钾涂层具有良好的生物活性.涂层较高的生物活性与其独特的生化特性和组分密切相关.

关键词: 钛酸钾晶须 , 钛合金 , 混合-包埋-煅烧 , 模拟体液 , 生物活性

水热时间对钛合金微弧氧化膜合成羟基磷灰石的影响

谭思民 , 王帅星 , 赵晴 , 马刚 , 刘康生 , 高鹏

表面技术

目的：研究水热时间对TC4钛合金微弧氧化膜合成羟基磷灰石( HA)的影响。方法对TC4钛合金微弧氧化膜进行不同时间的水热合成处理,分析其微观形貌、成分及相结构,观察其在模拟体液中浸泡5周后的形貌及结构变化。结果水热处理提高了微弧氧化膜的Ca/P摩尔比,使非晶态钙磷化合物转化为HA晶体,随着水热时间的延长,HA衍射峰数量增多且强度增加。在模拟体液中浸泡5周后,微弧氧化膜表面仅有微量磷酸钙形成,而如水热合成后再浸泡,氧化膜表面的HA几乎完全转化为磷酸钙。结论水热处理有助于钛合金微弧氧化膜表面合成HA晶体。在8 h内,水热时间越长,氧化膜表面的HA含量越高,模拟体液中浸泡后形成的磷酸钙也越多,与人体的相容性越好。

关键词: 钛合金 , 微弧氧化 , 水热合成 , 羟基磷灰石 , 模拟体液

Ti3Al/HAP复合材料的制备与性能研究

岳雪涛 , 孙康宁

人工晶体学报

采用化学沉淀法在模拟体液中制备了纳米羟基磷灰石(HAPs)粉体,用金属钛粉和铝粉经过机械合金法,制备了金属间化合物Ti3 Al;将制备的HAP粉体作为基体材料加入第二相Ti3Al粉体,经过球磨分散得到Ti3Al/HAP复合粉体,经过热压烧结,得到羟基磷灰石与金属间化合物Ti3Al的复合材料.通过XRD、SEM及TEM等测试方法,分析了用普通化学沉淀法制备的羟基磷灰石(HAPc)和在模拟体液中生成的羟基磷灰石(HAPs)的区别及Ti3Al对羟基磷灰石结构和性能的影响.测试结果显示:在模拟体液中生成的羟基磷灰石颗粒均匀细小,纯度较高,结晶度较低;羟基磷灰石掺入一定量的Ti3Al后,弯曲强度和断裂韧性有所降低,X射线衍射显示复合材料中只有Ti3 Al和HAP两种物质,没有新物质生成.

关键词: 模拟体液 , 羟基磷灰石 , Ti3Al , 化学沉淀法

C_((f))/HA-CS复合骨折内固定生物材料在体液中的吸湿膨胀研究

沈基显 , 黄剑锋 , 曹丽云 , 曾燮榕

稀有金属材料与工程

以羟基磷灰石-壳聚糖(HA-CS)为基体,碳纤维(C_((f)))为增强相,采用原位杂化法制备短切碳纤维增强HA-CS基生物复合材料.对所制备的可吸收C_((f))/HA-CS复合骨折内固定材料的吸湿膨胀及生物活性进行评价.研究羟基磷灰石含量对复合材料吸水性的影响以及复合材料在模拟体液中浸泡不同时间后的质量变化和表面羟基磷灰石的微晶仿生生长情况.采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对模拟体液浸泡后材料的结构和形貌进行表征.结果表明:复合材料中羟基磷灰石的含量与吸水率成反比,通过控制HA的含量可以控制复合材料的膨胀度;复合材料在模拟体液浸泡的过程中,随着浸泡时间的延长,复合材料的质量呈现先减少后增加的变化规律,复合材料具有很好的生物活性,能诱导羟基磷灰石微晶的沉积.

关键词: 生物复合材料 , 模拟体液 , 羟基磷灰石 , 生物活性 , 吸水率

纳米细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶在模拟体液中的疲劳行为

乔堃 , 郑裕东 , 李佳琪 , 许铎 , 王彩 , 姜小荷 , 万颖琦

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhc1xb.20150306.002

聚乙烯醇(PVA)复合水凝胶作为半月板及软骨等长期承重植入体,在生理环境中的疲劳行为关系到植入体的持久性和稳定性.采用弥散增强的方法将纳米细菌纤维素(BC)均匀分散在PVA水凝胶基体中,制备了纳米BC/PVA复合水凝胶.在模拟体液(SBF)环境中,采用压缩疲劳过程分析、疲劳前后刚度变化分析及疲劳前后尺寸稳定性分析3种方法,测试和评价了复合水凝胶的抗疲劳性能和力学稳定性.结果表明:纳米BC/PVA复合水凝胶在模拟人体环境中具有良好的抗疲劳性能,能够满足体内植入物的抗疲劳性能需求;纳米BC的加入可以有效提升复合水凝胶的力学稳定性和抗疲劳性能,但随着纳米BC含量的进一步升高,复合水凝胶的抗疲劳性能有所减弱,当PVA与纳米BC质量比为30:1时,纳米BC/PVA复合水凝胶疲劳前期与后期最大位移变化量最小(0.002 mm),疲劳前后刚度变化最小(5.41％),且疲劳前后尺寸稳定性最强,变形量仅为0.427 mm,抗疲劳性能达到最佳.

关键词: 复合水凝胶 , 聚乙烯醇 , 细菌纤维素 , 疲劳行为 , 模拟体液

AZ31镁合金微弧氧化涂层在仿生液中的腐蚀抑制机理

顾艳红 , 宁成云 , 赵杰 , 刘淑晶 , 窦艳涛 , 熊文名

腐蚀科学与防护技术

研究了浸泡时间对镁合金微弧氧化涂层耐蚀性的影响并建立了耐腐蚀机理模型.涂层样品在仿生液中总浸泡28 d.采用扫描电镜,X射线衍射仪分析了膜层腐蚀前后的微观组织结构和相组成.通过动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试研究膜层的电化学行为.经28 d腐蚀后的样品表面生成了完整的腐蚀产物层.X荧光能谱显示腐蚀层Ca/P摩尔比接近1.67,表明腐蚀表面沉积出的羟基磷灰石具有良好生物兼容性和生物活性.腐蚀产物层的形成减小了样品的腐蚀速率,耐蚀性显著提高.

关键词: 镁合金 , 浸泡时间 , 微弧氧化 , 腐蚀抑制 , 仿生液

真空和大气等离子喷涂镁黄长石生物活性涂层的对比研究

易德亮 , 吴成铁 , 马旭兵 , 季珩 , 郑学斌 , 常江

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2014.13230

大气喷涂法制备的镁黄长石涂层是一种具有优良生物活性的新型骨科移植体涂层材料,但其结晶度较低,影响涂层的化学稳定性.本研究采用真空等离子喷涂法在钛合金表面制备了高结晶度的镁黄长石涂层.与大气喷涂镁黄长石涂层相比,真空喷涂镁黄长石涂层具有更高的磷灰石矿化能力,在SBF中浸泡6d后表面即沉积了一层类骨磷灰石层,浸泡14 d后表面沉积的磷灰石层的厚度约为大气涂层的4倍.真空喷涂镁黄长石涂层的离子释放明显低于大气涂层,显示出更高的化学稳定性.骨髓间充质干细胞在真空和大气喷涂镁黄长石涂层表面粘附和铺展良好,在两种涂层表面的增殖速度均明显高于HA涂层.本研究表明真空等离子喷涂的镁黄长石陶瓷涂层因其显著提高的生物活性及化学稳定性,可能更适合用作人工关节涂层材料.

关键词: 镁黄长石涂层 , 真空等离子喷涂 , 模拟体液 , 骨髓间充质干细胞