轧制处理对生物医用Zn-Mg合金组织和性能的影响

采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能材料试验机和电化学工作站等设备,分析和研究了轧制变形对生物医用Zn-Mg合金的显微组织及力学性能的影响。结果表明:铸态、轧制态的合金均由Zn和Mg2Zn11两相组成;在轧制变形过程中,物相未发生改变,抗拉强度逐渐提高,伸长率先提高后降低,耐腐蚀性能逐渐下降;随着轧制变形量的增加,晶粒沿轧制方向的变形程度逐渐增大,直至出现纤维状组织。在相同的退火条件下,轧制变形量越大的Zn-Mg合金,再结晶晶粒尺寸越细小、均匀。

生物医用(TiZr)_(45)Nb_(x)(HfMo)_(y)中熵合金的组织和性能研究

为探究钛系BCC难熔中熵合金作为生物医用材料的潜力,通过真空电弧熔炼制备了三种铸态生物医用(TiZr)_(45)Nb_(x)(HfMo)_(y)中熵合金(x=7,5,3;y=1.5,2.5,3.5),并对其组织结构、力学性能和生物耐蚀性进行了详细表征。结果表明,三种中熵合金均呈现树枝晶形态的单相BCC结构。合金在保持低弹性模量(55~58 GPa)的同时,由于Mo产生模量失配引起的的固溶强化作用,屈服强度由781 MPa提高到927 MPa。合金在PBS溶液中未发生点蚀,但随着Mo含量的增加,耐蚀性逐渐下降。

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。

3D打印生物医用钛合金粉末研究进展

钛合金具有优异的力学性能和良好的生物相容性,在硬组织植入方面应用广泛。介绍了目前常用钛合金粉末制备方法(气体雾化法、等离子旋转电极法、等离子体雾化法等)的原理和工艺特点,比较了不同方法制备出粉末的性能特点,以期为3D打印制造出性能优异的医用钛合金种植体提供思路。

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。

医用镁合金涂层的抗菌性研究进展

近年来,可降解生物医用材料得到迅猛发展,金属镁及其合金具备相比其他医用金属合金更为优异的生物可降解性和相容性,受到越来越多国内外研究人员的关注。但镁和镁合金在空气中和体液内腐蚀速度过快的缺点,限制了其在医用植入物领域的应用,并且其抗菌性也是一个较为复杂的问题。本文概述了近年来国内外医用镁合金涂层抗菌性的研究状况,着重介绍了镁基银离子抗菌涂层、铜离子抗菌涂层、锌离子抗菌涂层和其他抗菌涂层的抗菌原理和研究进展,最后总结归纳,并对未来镁合金涂层抗菌性能研究的新方向提出展望。

高强度低模量生物医用(Ti-15Mo)-xNb合金组织与性能

为了开发兼具高强度与低弹性模量的生物医用钛合金,本文设计并采用粉末冶金技术制备四种不同成分的(Ti-15Mo)-xNb(x=2.75,5.84,8.85,15.56,质量分数,%)合金,研究Nb含量对其微观结构、力学性能与生物相容性的影响。结果表明:四种合金均由β相组成,呈现等轴晶组织;随着Nb含量的增加,合金强度逐渐降低,但四种合金均具有较高的抗拉强度(>980MPa),且伸长率保持约10%。添加适量Nb元素可以有效降低Ti-15Mo合金的弹性模量。其中,(Ti-15Mo)-15.56Nb合金具有最低的弹性模量值,约为60GPa,远低于常见医用钛合金的。四种合金均有利于细胞的生长和增殖,Nb含量对其生物学性能无明显影响。

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。

纳米晶NiTi形状记忆合金在生物医用中的应用展望

传统的NiTi合金具有超弹性、形状记忆效应及优异的生物相容性在众多领域都有广泛应用,例如:在生物医用领域被制备成口腔正畸弓丝和血管支架。但生物医用器材需要精密化及小型化,传统NiTi合金已经跟不上发展,经过严重塑性变形的纳米晶NiTi合金比传统的粗晶和超细晶NiTi合金拥有更好的拉伸、抗压强度、塑性和疲劳性能等性能。有望扩大在生物医用领域的应用范围。纳米晶NiTi合金可以用于新型医疗器械制造和骨科生物材料,与Ag组合成NiTiAg三元合金不仅力学性能优异,还附带抗菌效果;与W纳米线/带复合形成W-NiTi复合材料提高辐射不透明度,使器械和植入物在人体内的定位和部署更加简单。近年来,还有一种新型表面改性技术:超声波纳米晶表面改性,在NiTi合金表面产生纳米结晶以改善疲劳和耐腐蚀性能等。主要介绍现有的NiTi合金的应用以及纳米晶NiTi合金在生物医用领域的应用展望。

生物医用镁合金的腐蚀行为与力学性能研究

生物医用镁合金凭借自身的优点,在医疗领域的应用中发挥了重要的作用。但也需注意到,在生物医用镁合金的腐蚀与力学性能的研究中仍存在着材料失效机理复杂难预测、测试方法缺乏标准化、生物医用镁合金的表面处理对其应用的影响大的问题。因此提出了提高生物医用镁合金腐蚀耐久性、开发生物医用镁合金的新应用领域、发展生物医用镁合金与其他材料的复合结构的建议,以实现生物医用镁合金更好的被研究利用。

生物医用可降解Zn-Mg系合金专利技术分析

纯Zn的力学性能较差,抗压强度小于20MPa,延伸率仅为0.2%,远远达不到临床的需求。合金化是提高锌力学性能的有效方法和主要手段,Mg是人体必需的微量元素,生物相容性好,并且Mg和Zn的晶格适配度高,在许多生物降解合金中都含有Mg和Zn,因此Mg作为锌的重要合金化元素之一,不仅提高了合金的力学性能,也保证了生物相容性。本文着重针对Zn-Mg系合金领域专利,从合金化元素、制备工艺、热处理工艺等方面来梳理近年来Zn-Mg系合金专利技术的发展情况。

生物医用镁合金研究进展

由于具有优异的力学相容性、生物相容性和可降解性,镁及其合金成为新一代生物医用可降解金属植入材料的研究焦点。但镁及其合金由于较快的降解速率,严重制约了其在临床上的应用步伐。开发高强度、高韧性、高耐蚀,且降解行为可控的高性能镁合金迫在眉睫。综述了生物医用可降解镁合金的最新研究进展,详细介绍了镁及其合金作为生物医用材料的优势与不足、产品研发现状、降解机理及腐蚀行为和耐蚀性研究,并指出了研究中存在的问题和未来发展方向。

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。

镁合金在生物医用材料领域的应用及发展前景

镁及镁合金的降解行为使得它作为生物可降解植入材料有很大的吸引力,并且其具有合适的力学性能和良好的生物相容性。目前,镁及镁合金作为可降解医用材料的应用研究基本上集中于心血管支架、骨固定材料、多孔骨修复材料、牙种植材料、口腔修复材料等方面的研究。但是镁合金存在腐蚀速度过快的问题,因此,对镁及镁合金腐蚀本质的研究以及表面改性技术的完善成为其在生物材料领域应用的关键。

生物医用镁合金腐蚀与防护的研究进展

综述了生物医用镁合金的腐蚀机理,回顾了生物医用镁合金腐蚀的研究进展。介绍了改善生物医用镁合金腐蚀性能的方法,指出了生物医用镁合金腐蚀与防护中需要解决的问题及今后的研究方向。

生物医用钛合金材料的生物及力学相容性

背景:保证生物材料优良的生物及力学相容性是研制开发外科植入物及矫形器械产品的关键,但目前对其研究缺乏系统性和统一性认识。目的:初步分析生物医用钛合金材料生物及力学相容性的概念、内涵,指导医疗器械产品的选型设计与应用。方法:应用计算机检索PubMed、Elsiver、Springerlink、CNKI及维普等数据库1995至2012年相关文献,围绕"生物及力学相容性"主题词,探讨合金成分、显微组织及相变控制和材料表面状态优化等因素对钛合金材料生物及力学相容性的影响规律。结果与结论:生物及力学相容性是一个综合评价概念。进行医用钛合金材料选型设计时,首先要求合金中的组成元素无不良反应,并保证其与组织、血液及免疫和全身反应的安全性,同时要求所添加元素对钛合金的机械性能等其他性能不良影响最小。钛合金中常见的合金化元素主要包括α相稳定元素、β相稳定元素和中性元素3类。要使生物医用钛合金植入材料获得优良的生物及力学相容性,对材料内部显微组织和相变进行控制,以及开展材料表面状态改性优化也至关重要。但不能单纯追求一种钛合金的低模量或高强度等某一单项力学指标与人体骨组织接近或匹配而简单判定其生物力学相容性的优劣。

生物医用多孔钛及钛合金激光快速成形研究进展

多孔钛及钛合金具有良好的生物相容性和与人骨更匹配的力学性能,是人体理想的替代材料,因此其制备技术及相关性能研究引起了广泛关注。激光快速成形是一项先进的制造技术,在制备生物多孔金属材料时具有独特的优势。介绍了激光快速成形的工作原理和技术特征,根据成形工艺特点简要回顾了4种代表性激光快速成形技术(选择性激光烧结、选择性激光熔化、激光近净成形和激光立体成形)的国内外发展现状,并重点论述了这几种技术在制备生物医用多孔钛及钛合金方面的最新研究进展,最后指出了今后在该领域的主要研究工作。

NiTi合金的生物医用性能及其在医学领域的应用

介绍NiTi合金作为医用材料的主要性能特点：良好的形状记忆效应最大可恢复应变达9％～10％，独特的超弹性使NiTi合金制成的医疗器件如NiTi丝等具有良好的柔顺性；较低的弹性模量弥补了传统医用金属材料作为骨植入物时容易出现应力遮挡现象从而造成骨质疏松的缺点；除此以外，NiTi合金还具有良好的抗疲劳、耐磨损和耐腐蚀性能；讨论了NITi合金的血液相容性和Ni^2＋离子毒性问题。总结了NiTi合金在医学领域的应用现状以及在新兴医学领域的发展，最后给出了一些NiTi医用性能改良的途径。

医用钛合金生物学及机械性能评述

从生物学和力学性能角度出发,评述了生物医用钛合金实现特定生理功能需具有不同性能要求。以硬组织替代、介入性治疗钛合金及口腔修复用钛合金在生物学性能要求上的不同和在弹性模量等力学性能方面的差异为例,结合医用钛合金设计制造的具体实例,阐明了钛合金生物医用功能需求的多样性,为钛合金在生物医用领域的分类与设计提供了一种新的思路和借鉴。