晶粒尺寸对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca-0.2Mn合金降解行为的影响

本文通过固溶工艺调控,获得第二相含量相近、晶粒尺寸不同的Mg-3Zn-0.2Ca-0.2Mn合金,对具有不同晶粒尺寸的合金在Hank’s模拟体液中进行浸泡及电化学实验,通过观察降解后的合金形貌,研究并分析了晶粒尺寸对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca-0.2Mn合金降解行为的影响。通过电化学实验可知,合金晶粒尺寸越小,腐蚀电流密度越小,阻抗值越大;通过浸泡实验及对合金表面形貌的观察可知,随着晶粒尺寸的减小,合金降解速率减慢,表面腐蚀坑尺寸越小且分布越均匀,合金的耐蚀性越好。合金降解过程中晶粒尺寸是通过影响合金降解产物膜的致密度及完整性,进而影响合金的耐蚀性能,即合金的晶粒尺寸越小,表面形成的产物膜越致密和完整,溶液中的Cl-吸附于表面后不易渗透至内部,从而使合金耐蚀性得到提高。

轧制态Mg-Zn-Er合金板材的显微组织及腐蚀行为

对轧制态Mg-x Zn-0.5Er (x=0.5, 2.0,3.0, 4.0,质量分数,%)合金的腐蚀行为和机理进行研究。结果表明,第二相与基体之间的电位差由第二相的种类和尺寸决定。Mg-0.5Zn-0.5Er合金基体中占主导地位的纳米尺寸W相引起合金局部尖锐点蚀。但是,随着粗大W相或I相体积分数的增加,腐蚀反应优先在粗大W相或I相附近发生,腐蚀更加均匀,腐蚀速率加快。长期浸泡(14 d)结果表明,合金耐蚀性由高到低的顺序为Mg-0.5Zn-0.5Er>Mg-2.0Zn-0.5Er> Mg-3.0Zn-0.5Er> Mg-4.0Zn-0.5Er。

Gd对Mg-x Gd-1Er-1Zn-0.6Zr合金显微组织和腐蚀行为的影响

采用重力铸造法制备Gd含量分别为7%(质量分数,下同),9%和11%的Mg-x Gd-1Er-1Zn-0.6Zr合金,利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等研究合金的显微组织,通过开路电位、动电位极化和电化学阻抗测试等方法研究合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:当Gd含量从7%增至11%时,开路电位峰值时间从1609 s降为851 s,电荷转移电阻从588.5Ω降至31.9Ω,腐蚀电流密度从2.21×10^(-5)A/cm^(2)增至3.97×10^(-5)A/cm^(2),说明随着Gd含量的增加,合金耐蚀性下降,这主要归因于第二相的微电偶腐蚀效应和腐蚀屏障效应共同作用。当Gd含量从7%增至11%时,(Mg,Zn)_(3)(Gd,Er)相体积分数从1.9%增至5.2%,并从沿晶界不连续分布转变为半连续分布,层片状LPSO相体积分数从11.7%增至26.7%,并沿着晶界贯穿晶粒内部,(Mg,Zn)_(3)(Gd,Er)相和层片状LPSO相体积分数的增加导致合金耐腐蚀性能下降,但大量细小层状LPSO相也能阻止腐蚀扩展,使得Gd含量为11%的合金在8~24 h内腐蚀速率增长减缓。

Mg-4Zn-0.2Mn-0.2Ca合金经过长期体外降解后的力学性能和腐蚀行为（英文）

基于Mg-4Zn-0.2Mn-0.2Ca合金优良的生物兼容性,利用此挤压态合金开发可降解骨板材料。利用Hank’s模拟溶液长期体外浸泡以及弯曲试验对骨板材料的降解性能以及力学性能进行评估。试验结果表明,该骨板降解速率在浸泡第7天时达到最高值,然后随着浸泡时间的延长而降低,浸泡90天后达到稳定(约0.84 mm/a)。同时,经过60天的浸泡,其抗弯强度仍保持在67.6 MPa,说明骨板在长期降解后仍能承受力学载荷。在微电偶作用下,连续分布的第二相与基体分离,形成点蚀坑,最终在表面腐蚀坑的作用下,合金力学性能降低。

血管支架用镁合金微细管的制备与性能

镁合金作为新型可降解医用金属材料,在血管支架领域具有广阔的应用前景。由于镁合金晶体结构为密排六方结构,塑性变形能力差,导致镁合金微细管制备困难。本研究针对作者开发的新型可降解Mg-4Zn-0.2Mn-0.2Ca镁合金,采用热挤压-拉拔复合工艺成功制备出外径3.1~3.6 mm、壁厚0.25~0.4 mm的微细管。针对外径3.6 mm,壁厚0.4 mm微细管组织演变及力学性能开展的研究结果表明:微细管材的塑性变形经过了滑移、孪生及再结晶等过程,并产生了显著的加工硬化现象;管材的抗拉强度为427.3 MPa,屈服强度为383.4 MPa,伸长率为5.2%;经300℃,30 min的退火处理,管材组织变得相对均匀,强度有所降低,但伸长率增加到18.0%,有利于后期支架的精密加工。

可降解血管支架用Mg-4.0Zn-0.2Mn-0.2Ca微细管的体外降解行为

通过浸泡实验和电化学测试研究了Mg-4.0Zn-0.2Mn-0.2Ca(质量分数)微细管的体外降解行为与腐蚀机理。结果表明,退火处理可以提高微细管的耐腐蚀性。长期浸泡实验表明腐蚀过程相对均匀,退火微细管在Hank's溶液中的腐蚀速率约为0.30 mm/a。在浸泡初期,退火管材表面生成Mg(OH)_(2),形成保护膜,阻碍腐蚀进行。虽然Mg(OH)_(2)膜上形成的羟基磷灰石(HA)可以进一步降低腐蚀速率,但是镁基体中粗大的第二相会增强电偶腐蚀效应,并且生成的大量氢气,从而破坏HA膜,使腐蚀继续进行。