可降解锌基骨植入材料及其表面改性研究进展

医用锌及锌合金有望成为新一代可降解骨植入物材料来促进骨缺损的修复。概述了可降解医用锌基材料的优势,包括较好的生物安全性和抗菌效果、能促进植入部位周围血管和新骨的生成以及骨相关基因的表达能力。在此基础上,从基底材料、细胞种类及实验结果等方面系统总结了近年来关于可降解医用锌基材料生物相容性和降解行为的研究。同时,归纳了可降解医用锌在临床修复骨缺损方面所面临的主要问题和挑战,包括较差的力学性能和较强的细胞毒性。可降解医用锌较差的力学性能可以通过合金化进行改善,概述了多种新型医用锌合金的力学性能及其生物相容性。表面改性是提高可降解医用锌基表面生物相容性和调控降解的有效手段。从基底样品、表面改性手段、使用的细胞或动物模型以及细胞相容性和降解行为等方面,综述了近年来可降解锌基骨植入材料表面改性的研究现状,提出了可降解锌基骨植入材料表面改性目前所面临的难点问题,包括传统表面改性手段加剧了锌离子的释放或在表面改性后可降解医用锌的生物相容性改善功效不足,以及未来的发展方向。

二氧化铀粉末运输容器假想跌落事故下的安全设计与试验验证

目的设计易裂变二氧化铀粉末运输容器,证明容器在最危险姿态下,可以满足9 m跌落的核临界、屏蔽安全和放射性物质包容相关设计准则。方法设计外柔内刚的三层密封容器,内外壳之间填充聚氨酯减振吸能材料,建模分析容器多种姿态下的结构与功能材料动态响应,确定最危险跌落姿态。针对最危险工况开展实际跌落测试试验,证明容器在假想事故下的安全性。结果容器在最危险跌落工况下,聚氨酯材料减振吸能效果与设计计算相符,中子吸收板、中子慢化板等功能材料位置和缺损量符合要求。二氧化铀粉末的密封性得以保障。结论以有限元分析为基础的容器仿真分析与样机试验结果匹配度较高,试验样机通过了相关跌落试验,证明了容器在危险姿态下的9 m跌落安全性能。

3D打印磷酸钙涂层多孔镁金属支架的力学性能和生物相容性评估

背景负重部位骨松质的大面积缺损修复是临床中一个待解决的难题,多孔镁金属结合磷酸钙(Ca-P)生物活性涂层有望克服这一难题,但缺乏相应力学和生物相容性评价。目的评价Ca-P涂层多孔镁金属支架的力学性能和生物相容性。方法采用选择性激光熔化3D打印工艺制备多孔镁金属支架,通过化学转化法在多孔纯镁金属支架表面制备Ca-P生物活性涂层,与无涂层镁金属支架做对比。采用扫描电子显微镜和能量色散X射线能谱对材料涂层的形貌、成分进行表征;通过压缩力学实验绘制应力-应变曲线,并计算支架屈服强度和弹性模量。采用CCK-8法、活死染色和细胞黏附等手段检测多孔镁金属支架的生物相容性。结果制备Ca-P涂层多孔镁金属支架;扫描电子显微镜和能量色散X线能谱结果显示多孔镁金属支架内部镁颗粒呈现出融合体状;Ca-P涂层由花瓣状晶粒以一定的取向相互堆叠而成,与基体无缝隙紧密结合。力学性能测试显示,Ca-P涂层多孔镁金属支架抗压强度高于无涂层支架[(35.3±0.7)Mpa vs(31.0±1.0)Mpa,P=0.003,n=3],杨氏模量高于无涂层支架[(656.0±8.7)Mpa vs(623.0±7.0)Mpa,P=0.007,n=3];生物相容性结果显示,相比空白组,Ca-P涂层支架有显著促增殖作用,无涂层支架有显著抑制作用。结论相比无涂层多孔镁金属支架,Ca-P涂层多孔镁金属支架力学性能优,生物相容性好,可用于负重部位骨松质缺损的修复。

新型可降解生物医用镁合金JDBM的研究进展

镁合金因具有与人体骨头接近的密度和弹性模量、高比强度和比刚度、生物可降解性以及生物相容性等优点,近10年来国内外研究人员对其应用于骨内植物、骨组织工程支架和心血管支架等领域进行了广泛的研究。然而,目前大多数研究均以现有商用镁合金为对象,如含Al元素的AZ31、AZ91以及含重稀土元素的WE43等,并未考虑到作为生物材料的安全性等问题。本文作者阐述镁合金作为生物医用材料的优势、面临的挑战以及应对策略;重点介绍上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心近年来围绕自行研发的新型生物医用镁合金JDBM开展的研究工作;最后展望可降解生物医用镁合金的应用前景和发展方向。

Mg-Al-Zn-Si合金的显微组织细化

含有强化相Mg2Si的镁合金,是一种可望在汽车发动机和传动零部件应用的低成本耐热镁合金.汉字状的 Mg2Si颗粒相的细化是这种合金能够进一步应用到砂铸和金属型铸造的关键.本文重点研究了合金元素Sb对Mg2Si颗粒相及其基体组织的细化效果及其细化机制.结果表明:Sb的加入,通过合成异质晶核核心,促进了细小弥散分布的Mg2Si颗粒的形成;此外,Sb的加入,同时也进一步细化了基体组织;显微组织的改善导致了合金室温及其高温（150℃）下机械性能的提高.

添加微量Sb对Mg-9Al-0.8Zn合金蠕变抗力及微观组织的影响

对 Ｍｇ－９Ａｌ－０．８Ｚｎ－（０．１， ０．４， ０．７）Ｓｂ合金的高温蠕变性能及其微观组织进行了研究结果表明，添加微量Ｓｂ可以显著提高 Ｍｇ－９Ａｌ－０．８Ｚｎ（ＡＺ９１）合金在１５０－２００℃区间的蠕变寿命，大幅度降低其稳态蠕变速率使用扫描电镜和透射电镜观察分析了高温形变前后试样的显微组织及其变化，在此基础上探讨了ＡＺ９１合金高温蠕变机制及添加Ｓｂ对其抗蠕变性能的改善机理．

Bi对AZ91镁合金时效析出动力学过程的影响

实验合金中 Bi的加入量为 0 .5%～ 2 % ,合金在 SF61 % /CO2 混合气体保护下熔炼 ,通入氩气精炼后在预热至 2 50°C的金属型中浇铸成 2 30 mm× 40 mm× 2 0 mm的板状试样 ,浇铸温度 72 0°C.将铸态试样经过固溶处理 (42 0°C,1 2 h)后 ,在 2 0 0°C进行时效 .实验结果表明 ,Bi的加入延长了合金的时效进程 ,有效地抑制了时效组织中非连续析出相的形成 ,促进了连续沉淀相的析出 .电子束微区分析 (EDAX)和透射电镜 (TEM)研究表明 ,Bi的加入使 AZ91合金中形成了组成较复杂的连续析出相 Mg17(Al,Bi) 12 ,该析出相与基体之间具有复杂的半共格位向关系 ,提高了强化相的热稳定性 ,从而有助于合金高温力学性能的改善 .

锑合金化对镁铝基合金力学性能的改善作用

研究了锑合金化对镁铝合金 Mg- 9Al- 0 .8Zn (AZ91)显微组织和力学性能的影响。结果表明 ,锑低合金化可以显著提高 AZ91合金在从室温至 2 0 0℃区间内的拉伸屈服强度。用扫描电镜和透射电镜详细分析了试样形变前后的显微组织及其变化 ,发现在 AZ91合金中加入 0 .1wt%～ 1.0 wt%的 Sb后 ,合金的显微组织得到明显细化。Sb在 AZ91合金中的存在方式主要有两种 :(1)固溶入β- Mg1 7Al1 2 相 ;(2 )以 Mg3Sb2 形式析出 ,该颗粒相具有六方结构 (D5 2型 ) ,有很高的热稳定性 ,可以作为 α- Mg非自发形核的衬底。在此基础上探讨了 Sb合金化提高镁铝合金性能的机理 :室温下主要是细化基体晶粒产生的晶界强化机制 ;高温下则主要通过自生相 (Mg3Sb2 )粒子的弥散强化机制。

Bi对铸造镁合金组织和力学性能的影响

研究了Ｂｉ对铸造镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明，添加适量Ｂｉ可以改善镁合金显微组织，从而使合金的室温和高温力学性能明显提高，但塑性有所降低。

可降解医用镁基生物材料的研究进展

生物体内可降解吸收材料是生物材料发展的重要方向,由于金属材料具有较好的强度和塑韧性,因此金属基可降解吸收材料具有重要的临床应用价值。镁是所有金属材料中生物力学性能与人体骨最接近的金属材料,具有理想的生物力学相容性,因此,镁合金作为可降解生物材料具有巨大的应用潜力。首先介绍了镁基材料作为生物体内可降解植入材料的优点,然后简要回顾了镁基可降解生物材料的早期研究情况,同时系统地介绍和总结了目前的研究进展和遇到的挑战,最后展望了镁合金医用材料的应用前景和发展方向。

Sb低合金化对Mg-9Al基合金显微组织和力学性能的影响

研究了合金元素Ｓｂ 对Ｍｇ９Ａｌ０ ．８Ｚｎ（ＡＺ９１） 基合金显微组织和力学性能的影响。结果表明，Ｓｂ加入后改善了合金的铸态组织， 使粗大的树枝晶变得更细小、弥散，Ｓｂ 主要是以弥散的第二相Ｍｇ３Ｓｂ２ 的形式分布于基体中。由于该相致密， 熔点高， 热稳定性好， 强化了晶界， 使得合金室温和高温力学性能得到一定的改善， 尤其使得抗高温蠕变性能大幅度提高， 塑性并没有受到明显损害。

Mg-Cu-Ni-Gd非晶合金结构弛豫及力学性能

采用差示扫描热分析仪(DSC/DTA),X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究了Mg-CH-Ni-Gd系非晶合金的结构弛豫以及力学性能,分析了Ni元素对Mg基非晶合金的结构弛豫和力学性能的影响.结果表明,Mg_(65)Cu(25)Gd_(10)非晶合金在305 K下保温180 s发生结构弛豫后,出现约1-2 nm的中程有序畴.采用Ni元素部分取代Cu元素,可提高合金抗结构弛豫能力和力学性能.

基础理论与前沿研究相结合——工程材料学教学体会

通过将基础理论与前沿研究相结合,在向学生讲授基础理论的同时,结合实际科研经验,让学生了解相关领域最新的研究成果,提升学生对课程内容的认知程度。学生通过完成工程材料领域相关的调研课题,能够将理论与实际联系起来,促进其独立思考。

“镁合金材料的表面工程技术”专题前言

镁是最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、导热导电性能好、阻尼减振、电磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等优点，在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等工程结构领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。

铬锰氮不锈钢在含有氯离子的磷酸介质中的腐蚀磨损行为

试验钢种在40％H3PO4＋800μg／gCl－介质中作了腐蚀磨损试验，结果表明，铬锰氮不锈钢较1Cr18Ni9Ti（18－8）及OCr18Ni12Mo2Ti（Mo2Ti）钢具有更佳的抗腐蚀磨损性能。对腐蚀磨损过程中各分量的贡献作了深入分析和探讨，从而得出了在腐蚀磨损条件下评价材料流失机制的判据。

Mg-Al基合金加铋合金化对其力学性能的改善作用

研究了合金元素Ｂｉ对Ｍｇ９Ａｌ０．８Ｚｎ（ＡＺ９１）基合金显微组织和力学性能的影响，结果表明Ｂｉ质量分数超过０．５％时，基体中有富Ｂｉ的第二相颗粒形成，并随着Ｂｉ加入量的增多而增加，该颗粒相具有六方Ｄ５２结构，热稳定性较高，适量Ｂｉ的加入改善了合金的铸态组织，提高了合金的室温和高温强度，改善了抗蠕变性能，而塑性有所降低．

新型医用Mg-Nd-Zn-Zr镁合金在模拟体液中的降解行为

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、析氢实验和电化学实验等研究高纯Mg、AZ91D和新开发的Mg-Nd-Zn-Zr(JDBM)合金在模拟体液中的腐蚀行为。结果表明:JDBM和高纯Mg的平均腐蚀速率远低于AZ91D的,且前二者的腐蚀表面较平整,为一种均匀腐蚀方式;而AZ91D的表面有许多贯连的腐蚀深坑,是一种典型的点蚀方式。动电位极化曲线、电化学阻抗谱和析氢实验也表明,JDBM和高纯Mg的耐蚀性比AZ91D的好,JDBM合金在模拟体液中的腐蚀性能接近于高纯镁的。力学性能测试表明,JDBM镁合金具有优良的综合力学性能,满足生物材料对力学性能的要求。

稀土对AM50力学性能及高温蠕变的影响

对Y和富La稀土对镁合金AM50微观组织、铸态力学性能和蠕变性能的影响进行了研究。研究结果表明:AM50中加入Y和富La稀土能有效地细化晶粒,由于显微组织的改善,使得AM50合金的室温和高温力学性能均有一定的提高,并明显地改善了AM50镁合金的抗蠕变性能。填加稀土可以在AM50合金晶界处生成稳定的铝稀土化合物,可以明显提高镁合金AM50的常温及高温(150℃)力学性能。与加入富La稀土的AM50相比,加入Y提高力学性能及蠕变抗力的作用更明显。

混合稀土对Mg-5Al-1Si组织及性能的影响

研究了不同组分含量的混合稀土对Mg-5Al-1Si合金高温蠕变性能的影响,对析出相进行了鉴定。研究结果表明,分别加入富镧及富铈混合稀土以后,合金中Mg2Si相得到细化;力学性能检测结果表明,室温及150℃拉伸性能均明显提高。同时,在微量混合稀土及Mg2Si相的综合作用下,含不同混合稀土的Mg-5Al-1Si合金的抗高温蠕变性能均超过AE42。

耐热Mg-Zn-Si-Ca合金的显微组织和力学性能

开发了一种新型的Mg Zn Si Ca合金 ,研究了新合金的组织与力学性能之间的关系。研究结果表明 ,Mg 6Zn 1Si合金有较好的综合力学性能。但是由于合金中的主要强化相Mg2 Si呈粗大的汉字状 ,分布于晶界周围 ,在受到应力作用时 ,这种汉字状相与基体的界面处容易产生微裂纹 ,降低合金的抗拉强度、塑性等力学性能。在Mg 6Zn 1Si合金中加入微量Ca后 ,合金的组织得到明显细化 ,并使Mg2 Si强化相形貌由粗大的汉字状转变为细小、弥散分布的颗粒状。由于显微组织的改善 ,使得Mg 6Zn