人工模拟体液中pH值对离子注N人体医用合金腐蚀行为的影响

采用电化学测试技术研究了在人工模拟体液中 p H值变化对离子注 N人体用 SUS316 L 不锈钢 ,Co- Cr合金 ,工业纯 Ti和 Ti- 6 Al- 4V合金腐蚀行为的影响。结果表明 ,随着 p H值的降低 ,试样的腐蚀电位负移 ,SUS316 L不锈钢和 Co- Cr合金的点蚀电位与缝隙腐蚀电位降低 ,使材料发生局部腐蚀的敏感性提高 ;工业纯 Ti和 Ti- 6 Al- 4V合金的腐蚀电流密度增大 ,提高离子释放速度 。

激光增材制造Ti64.51Fe26.40Zr5.86Sn2.93Y0.30生物医用合金的显微组织与性能

从生物力学和成形技术的角度出发,利用“团簇+连接原子”结构模型设计Ti−Fe−Zr−Sn−Y共晶合金,并利用激光增材制造技术在纯钛板上制备该合金的成形体。利用显微硬度计、压缩试验机、纳米压痕仪分别测试合金的硬度、压缩性能及弹性模量。结果表明,合金的硬度、压缩强度和断裂应变分别高达HV(788±10)、2229 MPa和14%,弹性模量则低至87.5 GPa。合金还具有良好的摩擦磨损性能、耐蚀性、成形性及生物相容性。合金的综合性能优于Ti70.5Fe29.5共晶合金和商用Ti−6Al−4V合金。该合金的上述性能使其成为一种很有前途的激光增材制造生物材料。

Zr基生物医用合金材料的发展与探索

Zr基生物医用合金材料因其强度高、韧性好、抗腐蚀性优且具有生物相容性等优点,被广泛应用于医疗领域。本文从机械性能、抗腐蚀性能、生物相容性方面总结Zr基生物医用合金材料的研究进展,并对其发展趋势进行展望。

医用镁合金元素选择的研究现状

背景:镁合金具有的天然降解性、优秀的生物相容性和良好的力学性能,已成为生物医学领域十分具有研究价值的植入材料,然而镁合金快速的降解速率限制了其进一步的发展和应用。目的:综述镁及其合金处于生理环境下降解的一般基本原理,重点从安全性及对镁及其合金性能的影响两方面介绍镁合金化元素选择的研究现状。方法:利用计算机检索中国知网、PubMed、Web of Science和Elsevier等数据库中的相关文献,以“镁(合金),铋/铝等(金属名称),腐蚀,生物相容性,金属毒性,支架/螺钉”为中文主题检索词,以“magnesium(alloy),metal name(such as:bismuth(Bi),aluminium(Al)),corrosion,biocompatibility,metal toxicity,scaffold(stent)/screw”为英文检索词进行检索,检索时限为2013-2023年,通过阅读文献内容进行筛选,最终纳入70篇文献进行结果分析。结果与结论:镁合金在医学领域的研究已相当广泛,虽然目前有一些产品已应用于临床,但镁合金在人体环境中的高降解速率仍然是临床大规模应用的主要限制,未来发展的焦点是对其腐蚀速率的控制。合金化是一种提升镁合金耐腐蚀性能的方法,并可通过不同合金成分添加来改善镁合金的各种性能,但单纯的合金化已不能满足对镁合金多元化性能的追求。为开发优异性能的多功能镁合金产品,未来需要将合金化、表面改性等多种优化方式结合来弥补各自方法的不足,同时结合合金结构更新以及制备工艺改良,共同提升镁合金的性能。

预时效热处理对新型近β医用Ti-10Mo-6Zr-4Sn-3Nb合金组织演变和力学性能的影响

研究了预时效对一种近β型Ti-10Mo-6Zr-4Sn-3Nb(Ti-B12)医用钛合金组织演变和力学性能的影响。结果表明,在325、425℃分别预时效0.5~8.0 h后,在β母相中均匀析出了大量的椭球状等温ω相。随着预时效温度的升高和时间的延长,ω相的尺寸逐渐增大,而密度则逐渐减小。基于等温ω过渡相辅助α相形核与细化作用,在较低的预时效温度和较短的时间下可获得密度更高、尺寸更细小且弥散分布的次生α相。此外,经预时效后,通过显著细化次生α相的尺寸和提高α相的析出密度,强度得到了明显提升,并获得了较好的塑性。然而,当将预时效时间增加至一定值时,强化效应变得不再明显。

生物医用Ti合金处理工艺、力学性能及耐腐蚀性能研究进展

生物医用Ti合金的植入物为适应人体内部复杂的环境,要求植入物具有高强度、一定的塑韧性和低的弹性模量等优异的力学性能。当自腐蚀电位越高以及腐蚀电流密度越小时,合金的耐蚀性将越好。合金在医用过程中在体内释放的金属离子将越少,对病人造成二次伤害也就越小。对第三代生物医用Ti合金的处理工艺、力学性能和耐腐蚀性能进行综述,以期对材料研究者在生物合金的应用研究方面提供有价值的参考。

医用低弹性模量Ti-xFe合金的第一性原理计算

传统的钛合金(Ti6Al4V)在医学领域有广泛的应用,但是弹性模量相对人体骨骼过高会导致“应力屏蔽”。为了设计低弹性模量医用钛合金,采用密度泛函理论的计算方法。利用Voigt-Reuss-Hill近似函数,计算了Ti-xFe(x=6.25,12.5,18.75,25,31.25%)弹性特性以及钛铁合金β相稳定性。计算结果表明随着铁元素的含量增大结合能减小,因此Fe元素可以增加β钛合金的稳定性。普氏比(B/G)和泊松比(ν)计算结果表明,Ti-xFe合金具有较好的延展性。Ti-xFe(x=18.75%)的C_(44)最小和杨氏模量最低为47.60 GPa,且四方剪切常数C_(44)和杨氏模量正相关。

医用钛合金海尔贝克磁场阵列化学磁流变抛光研究

为了提高医用钛合金(TC4)抛光中的精度以及效率,采用基于海尔贝克磁场阵列的化学磁流变抛光方法加工医用钛合金.利用海尔贝克磁场阵列强化磁场强度,将过氧化氢溶液作为氧化剂来进行抛光加工.通过仿真模拟对比海尔贝克磁场阵列与常规N-S磁场阵列,改变羰基铁粉的活性来验证实验可行性,研究了加工间隙、主轴转速以及磨粒粒径对工件表面粗糙度以及接触角的影响规律.结果表明,海尔贝克磁场阵列比常规N-S磁场阵列有更高的磁场强度;采用本文方法抛光的医用钛合金表面粗糙度比单一纯磁流变抛光降低80%;当加工间隙为0.8mm,主轴转速为400rad/min,磨粒粒径为1µm时,可使工件表面达到光滑效果,表面粗糙度最优可达15.5 nm,同时测量出实验组钛合金表面接触角数值多数小于90°.应用该方法抛光医用钛合金可以得到超光滑表面,表面具有亲水性,符合医用钛合金标准.

医用钛合金微弧氧化研究进展

概述了医用钛合金微弧氧化膜层研究的发展历程,探讨了微弧氧化陶瓷膜形成的机理,分析了不同种类医用钛合金微弧氧化膜的特点、应用以及微弧氧化膜成形质量及性能的影响因素,总结了不同占空比、脉冲频率和氧化时间等影响因素对微弧氧化膜层性能的影响规律,给出了研究发展以电解液成分多样化、微弧氧化膜成分复合化及微弧氧化膜功能化的的展望,提出了微弧氧化陶瓷膜在医用领域的发展趋势及研究建议。

生物医用亚稳β钛合金的研究进展

钛及钛合金具有高比强度、低的弹性模量、无磁性以及优异的生物相容性和耐腐蚀性能等特点,被认为是理想的生物医用金属材料。以无毒性的Nb,Mo,Ta,Zr和Sn等作为主要合金化元素,并具有更低弹性模量的亚稳β型钛合金是新一代医用钛合金材料的重点发展方向。本文综述了生物医用钛合金的基本特性和发展概况,并以Ti-Nb基医用钛合金为例,介绍了新型亚稳β生物医用钛合金的成分设计方法、合金化原理、研究现状和制备技术。最后指出进一步降低弹性模量,提高强度、疲劳性能和功能特性等综合性能是生物医用β钛合金重点的发展方向,今后可以针对合金化元素的交互作用机理、合金成分设计与组织性能调控方法以及微观力学机制等问题开展深入研究。

生物医用Ti6Al4V合金上电弧沉积TiAlN陶瓷涂层的表面、力学和体外腐蚀性能

研究在医用Ti6Al4V合金上采用阴极电弧蒸发沉积制备的纳米晶TiAlN涂层的表面特性和体外腐蚀性能。采用XRD和FE-SEM对其结构和表面形貌进行分析,采用显微压痕法表征其表面的显微硬度,在模拟体液和人工唾液中进行体外腐蚀实验。结果表明:与无涂层合金相比,沉积TiAlN涂层后合金的表面硬度提高,为44.4 GPa,弹性模量为419.9 GPa,塑性变形能力增强,润湿角由(70.61±1.25)°增大到(86.27±2.2)°。生物腐蚀实验表明,沉积TiAlN涂层后,Ti6Al4V合金的腐蚀电位显著正移约150 m V,腐蚀电流密度显著降低约一个数量级,电荷转移电阻提高,证明合金的耐腐蚀性提高。与无涂层的合金相比,沉积TiAlN涂层后合金的表面性能、力学性能和耐腐蚀性能均有所提高。

医用镁合金微弧氧化工艺研究进展

从火花放电方面归纳整理了镁合金微弧氧化膜层的形成机理,并分析了膜层结构。在此基础上,结合国内外研究现状,阐述了预处理、电解质和添加剂以及电参数(电压、电流模式和脉冲频率)和封孔技术对镁合金微弧氧化膜层耐蚀性和生物相容性的影响。着重分析了电解质和添加剂的种类、浓度对膜层和生物性能的影响机制,其中电解质包括碱性硅酸盐和磷酸盐电解液等,添加剂包括甘油、氟化物、羟基磷灰石和纳米粒子等。研究发现,碱性磷酸盐电解质的加入可以降低膜层腐蚀速率,促进骨整合和细胞附着过程,羟基磷灰石、Ca、P等具有生物活性和对人体有益的粒子作为添加剂加入,可以显著提高膜层的耐蚀性和生物相容性。最后,基于研究现状,对镁合金微弧氧化技术在生物医用方面的发展进行了展望。

医用钛合金表面防护技术研究取得新成果

2023年1月,安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室张世宏教授团队在《Corrosion Science》上发表了医用钛合金表面防护的最新研究成果。医用钛合金具有密度小、比强度高、生物相容性好和耐腐蚀性优良等特点,是人体植入体的首选材料,但其长期服役于人体环境中易产生腐蚀磨损,进而影响钛合金植入件的功能。物理气相沉积(简称PVD)技术所制备的氮化锆(ZrN)涂层具有优异的抗磨性能和生物相容性.

铣削工艺参数对医用镁合金表面质量的影响及其优化

结合Mg-1.0Mn医用镁合金铣削实际加工条件,采用正交试验法,针对对表面粗糙度影响较大的4个工艺参数进行定量分析和优化设计,确定最佳的工艺参数组合。通过实际加工与测试,获得最低的表面粗糙度值。

医用镁合金植入材料的发展策略及演进趋势

镁合金凭借其优异的生物安全性、生物诱导性、生物相容性及可贵的自降解性能,在骨植入及心血管支架领域具有广泛的临床应用前景。本文从合金化、制备方法、热处理及表面改性这四方面系统综述了近年来医用镁合金的研究进展,重点分析了各种工艺及表面改性方法的基本原理、技术优劣势,总结了它们对镁合金组织、性能的影响。针对镁合金临床应用的瓶颈,提出医用镁合金植入材料的最佳发展策略:一方面,通过合金化、制备方法及热处理三种工艺的协同耦合实现与自然骨组织力学行为的有效匹配;另一方面,通过表面改性处理实现对镁合金降解速率的精准调控。通过两种或多种表面改性技术的组合与交互来实现多功能性需求将成为未来镁合金表面改性技术的主要演进趋势。

研究人员采用Zr/ZrN多层涂层提升医用钛合金表面防护效果

医用钛合金由于具有质量轻、比强度高、极好的生物相容性和耐腐蚀性等优点,成为了人体植入体的首选材料,但其长期服役于人体环境产生易腐蚀磨损,进而影响钛合金植入件的功能。物理气相沉积(简称PVD)技术所制备的氮化锆(ZrN)涂层具有优异的抗磨性能和生物相容性,使其成为骨植入件的重要防护涂层。但ZrN涂层中存在的柱状晶界和生长缺陷,易为腐蚀介质的渗透提供“通道”,降低其腐蚀和腐蚀磨损性能,限制了其在骨植入件上的进一步应用。

医用Ti84Mo16合金表面改性研究

基于表面活性涂层培养目的,选择粉末冶金工艺制备微孔态Ti84Mo16合金基体。基体进行热处理和碱处理,进而浸入人体模拟液中进行活性涂层沉积。实验结果表明;经过四周培养,钛钼合金表面能够成功培养出类骨涂层——羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2,这为解决钛合金植入物和人体组织之间结合力不足的问题提供了一个非常有效的途径。

3D打印多孔钛合金支架的研究进展

医用钛合金凭借良好的生物相容性,优秀的机械强度和耐腐蚀性成为骨科修复领域应用最广泛的植入材料之一[1-2]。然而传统致密钛合金植入物的弹性模量远高于人体骨组织,由此产生的应力屏蔽效应使周围骨质长期处于较低的应力水平而逐渐被吸收,最终引发植入物无菌性松动[3]。研究表明,通过3D打印制备多孔支架是消除这种弹性模量不匹配的有效方法[4]。多孔支架能促进骨长入和骨整合,使骨和多孔结构之间形成机械连锁来提高固定效果[3],但促进其成骨的最佳孔隙尺寸目前尚无统一标准[5]。

生物医用TiNi形状记忆合金及Co合金腐蚀速率测量

采用动电位线性极化法、四点弱极化法、曹楚南弱极化法、暂态线性极化法及原子吸收光谱法测定了Ti Ni形状记忆合金、Co Cr Ni W和 Co Cr Ni Mo合金在模拟人体血液 Tyrode' s溶液的腐蚀速率。结果表明 ,三种合金腐蚀速率低 ,耐蚀性良好 ,其中 Co Cr Ni Mo合金耐蚀性最优。暂态线性极化法和原子吸收法测得 Ti Ni、Co Cr Ni W和Co Cr Ni Mo的腐蚀速率分别为 0 .0 691、0 .0 490 μm/ a、0 .0 3 83及 0 .0 5 95、0 .0 5 2 8、0 .0 3 87μm/ a,而前三种方法所测合金腐蚀速率较后两种方法的结果大一个数量级 ,这可能与电化学方法的适用性及合金的表面状态有关。暂态线性极化法可以方便迅速地测定耐蚀合金的腐蚀速率值 ;原子吸收光谱法直接测得进入溶液的金属离子的浓度 ,能够为材料的生物相容性的评价提供参考 。