Hank's人工模拟体液中离子注氮对4种植入金属材料腐蚀行为的影响

采用电化学测试技术研究了离子注氮对SUS316L不锈钢,Co-Cr合金,工业纯钛和Ti-6Al-4V植入合金在Hanks人工模拟体液中腐蚀行为的影响。腐蚀电位和极化曲线的测量结果表明,注氮使4种植入金属材料的腐蚀电位正移,钝化电位区间扩大,耐蚀性明显提高。注氮的工业纯钛和Ti-6Al-4V合金的耐蚀性最佳,其钝化区拓宽为4V以上。通过AES分析发现,离子注氮后钛及其合金表面形成的氮化钛膜层及弥散的氮化钛析出相的化学效应,使基体电化学性能得到提高。注氮的Co-Cr合金的耐蚀性略优于SUS316L不锈钢。Co-Cr合金表面形成的钴氮化合物相对基体起到保护作用,降低了腐蚀速率。SUS316L不锈钢表面形成铁和铬氮化合物膜,有效地阻止了Cr3+的水解,且氮离子注入促进Fe3O4的产生,提高了耐腐蚀性能。

Zn含量对生物医用镁合金耐Hank’s模拟体液腐蚀的影响

为了探讨Zn含量对Mg-Zn-Ca镁合金腐蚀性能的影响,采用熔融浇注法制备了Zn含量分别为4%,6%和8%的Mg-Zn-Ca镁合金,在37℃恒温下,以Hank’s模拟体液为腐蚀介质,研究了其腐蚀、电化学行为。结果表明:在Hank’s模拟体液中,4%Zn的镁合金腐蚀速率最小,自腐蚀电位最高;3种镁合金中,4%Zn的容抗弧最大,即耐腐蚀性能最佳。

Hank’s模拟体液中Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn与Ti-2.5Al-3Mo-2.5Zr合金的微磨损行为

采用TE66微磨粒磨损设备对医用Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn(TLM)和Ti-2.5Al-3Mo-2.5Zr(TAMZ)钛合金在Hank’s模拟人体体液中的微磨损行为进行研究;考虑到载荷及磨粒浓度的影响,通过观察磨斑形貌建立合金磨损机制图,并结合磨损体积建立材料优选图。结果表明:载荷增加致使单个磨粒所承受应力增加,导致合金磨损体积随载荷增加而增加;合金磨损体积亦随磨粒浓度增加而增加;TLM合金中含有细小α_s相致使其磨损体积较小。合金的摩擦因数均随载荷增加而增加,随磨粒浓度增加而降低,同等条件下TAMZ合金的摩擦因数要大。本实验条件下TLM合金的耐微磨损性能优于TAMZ合金的。磨损后TLM合金所呈现出来的磨损机制为二体和混合磨损机制,而TAMZ合金则呈二体、混合和三体磨损机制。TLM合金在本实验条件下可选择的范围比TAMZ的大。

Mg-Zn-Ca合金在Hank’s模拟体液中的腐蚀行为研究

采用溶剂保护法制备了Ca的质量分数分别为1%,2%和3%的Mg-Zn(w(Zn)=6%)-Ca合金,通过腐蚀浸泡实验腐蚀率的测定和电化学测试等方法对3种镁合金在Hank’s模拟体液中的腐蚀行为进行了研究.实验结果表明,在Hank’s模拟体液中,Ca的质量分数为1%的Mg-Zn(w(Zn)=6%)-Ca合金腐蚀速率最小;电化学测试结果显示,Ca的质量分数为1%的Mg-Zn(w(Zn)=6%)-Ca合金极化电阻最大且极化电流密度最小,说明Ca的质量分数为1%的Mg-Zn(w(Zn)=6%)-Ca合金表现出了良好的抗腐蚀性能.

新型医用Mg_((98.7-x))-Zn_(1.0)-Ca_(0.3)-Mn_x合金在hank's模拟体液中的降解行为

采用真空感应熔炼,结合熔融浇铸法制备了可降解Mg（98.7-x）-Zn1.0-Ca0.3-Mnx四元合金材料.利用光学显微镜、X射线衍射仪,扫描电镜对合金进行分析和表征.并运用浸泡实验和电化学实验探讨了合金在hank＇s模拟体液中的降解行为.结果表明：Mn含量为1.5%时,铸态镁合金的晶粒得到显著细化,晶粒尺寸减小到20~30μm;Mn元素可促进Ca原子在Mg基体中形成均匀分布的Mg_2Ca相,从而改善合金的抗腐蚀性能;合金的腐蚀速率随Mn含量的增加而显著降低,加入1.7%Mn时,其平均腐蚀速率和电化学腐蚀速率分别降低到0.135 mm/a和0.265 mm/yr,合金的抗腐蚀性能达到最佳值;合金的局部腐蚀严重,存在＂河流状＂和＂骨架状＂的腐蚀形貌;腐蚀产物主要由Mg（OH）_2、MgCO_3、Mg_3（PO_4）_2以及少许MgO与Mg颗粒组成.

植入用Ti-6Al-4V合金模拟体液浸泡后高频和超高周疲劳性能

目的为预测植入用Ti-6Al-4V钛合金的使用寿命,研究其在模拟体液浸泡后,107周次以后的超高周疲劳性能。方法将Ti-6Al-4V钛合金试样在模拟体液中分别浸泡2 d和6 d;利用超声疲劳实验技术,在室温下分别对这两组试样进行超高周疲劳性能测试;利用电子显微镜观察疲劳断口并对裂纹源进行X射线能谱分析,研究其裂纹萌生机理,并与未经浸泡的同种材料的超声疲劳性能进行对比分析。结果模拟体液浸泡后的材料的S-N曲线与未经浸泡时的趋势相近,在104～108周次范围内的疲劳寿命都呈连续下降状态,在107～108周次循环范围内曲线下降趋势有所变慢;模拟体液浸泡后的试样在107周次之前寿命下降更快,107周次之后模拟体液浸泡过的试样寿命比未处理的试样寿命低;浸泡6 d后的试样的寿命和浸泡2 d后的相差不大。疲劳循环超过107周次后,仍然发生疲劳断裂,并不存在传统意义上的疲劳极限。疲劳寿命108周次以后的试样疲劳裂纹在内部萌生,一般为铝元素聚集区;疲劳寿命107周次以前裂纹一般萌生于试件表面,有些试件出现了多处裂纹源。结论模拟体液浸泡会降低Ti-6Al-4V钛合金的超高周疲劳性能;随着循环周次的增加,裂纹萌生由试件表面向其内部转换。

Hank's人工模拟体液中碳离子注入TAMZ合金缝隙腐蚀行为

在人体模拟体液Hank’s溶液中对碳离子注入TAMZ合金缝隙试样的缝隙腐蚀行为进行研究.结果表明,随着Hank’s溶液中pH值的减小,注入碳离子TAMZ合金缝隙试样的阳极电流密度增大,促进了合金缝隙腐蚀历程.Hank’s溶液中电化学测试结果表明:注入碳离子TAMZ合金缝隙试样的腐蚀电位升高、阳极极化电流密度降低,改善了电化学性能.这是由于碳离子注入后形成了碳化物的无序层膜,抑制了合金的活性溶解,提高了合金的耐缝隙腐蚀性能.

医用TC4钛合金在模拟人体环境中的耐腐蚀行为研究

为研究医用TC4钛合金在植入人体后的耐腐蚀情况,利用模拟唾液、Hank's模拟体液以及模拟血液3种生理电解液中进行分析。结果表明:采用TC4钛合金与耐蚀性较好的304不锈钢作对比,经过5 d的浸泡腐蚀实验,发现TC4钛合金在3种电解液中的耐腐蚀性明显优于304不锈钢。通过电化学实验分析得出TC4在3种不同电解液中的腐蚀规律。TC4钛合金在Hank's体液中的耐腐蚀性最差,在模拟血液耐蚀性其次,而在模拟唾液的耐腐蚀性最好。由于医用TC4钛合金在Hank's体液中的腐蚀最为严重,故在临床应用中应给予相应的保护措施。

Ca对医用Mg-1Zn-xCa合金材料在模拟体液中腐蚀行为的研究

Mg-1Zn-xCa（x=0.25,0.5,1）合金通过浸泡于模拟体液（Hank’s模拟体液）中在恒温（37℃）条件下进行为期0～32 d的腐蚀浸泡实验.对浸泡后的试样宏观腐蚀形貌观察,测定其腐蚀速率.在浸泡期间测其交流阻抗和极化曲线,研究Ca含量对镁合金组织和腐蚀性能的影响。实验结果表明：在Hank’s模拟体液中,随着含Ca量的增加（x=0.25%,0.5%,1%）,Mg-2Zn-xCa合金的腐蚀程度加剧,腐蚀速率增大;由交流阻抗谱和极化曲线的测试分析发现,随着含Ca量的增加,交流阻抗谱的容抗弧逐渐增大,极化电流密度逐渐减小,镁合金的耐蚀性逐渐降低;因而,三种镁合金中Mg-1Zn-0.25Ca合金表现出最佳的抗腐蚀性能。

Mg-Zn-Ca合金中Zn对腐蚀性能的影响

采用熔剂保护法制备了3种Zn含量分别为0.5%,1%和2%的Mg-Zn-Ca合金,其在Hank’s模拟体液中进行了浸泡腐蚀实验及电化学实验测试.实验结果表明:在Hank’s模拟体液中,含锌量为0.5%镁合金腐蚀速率最小且自腐蚀电位最高;三种成分镁合金的交流阻抗谱以含锌量为0.5%镁合金的容抗弧最大,说明含锌量为0.5%的镁合金耐腐蚀性能最佳.

Mg-Zn-Mn合金的铸态组织及耐腐蚀性

采用熔融浇注法自行制备了Mg-1.5Zn-xMn(x=0.5、1.0、2.0)合金,利用光学显微镜、浸泡腐蚀试验及电化学测试等方法,研究了其微观组织及在Hank's模拟体液中的腐蚀行为。结果表明:Mg-1.5Zn-xMn合金的铸态显微组织是由Mg-Zn相、α-Mn相和粒状α-Mg析出相组成;随着锰含量的增大,α-Mn相逐渐增多,合金的腐蚀面积及速率逐渐增大;随着锰含量的减少,合金容抗弧半径越大,自腐蚀电位越高,腐蚀电流密度越小。说明合金中锰含量越少,其耐腐蚀性能越好。

可降解稀土镁合金模拟血管支架腐蚀研究

对经过固溶时效热处理后的Mg-RE-1.0Zr合金进行高温压缩和再结晶退火,利用失重法在人体模拟Hank溶液中进行模拟血管支架的腐蚀试验,测定腐蚀速率,分析合金的腐蚀动力学特征,并利用扫描电镜观察腐蚀后的微观形貌。试验结果表明:Mg-RE-1.0Zr合金模拟血管支架在前48 h腐蚀速度快,在168 h后试样的平均腐蚀速率趋于平稳,在0.068 mg·cm-2·h-1左右,平均腐蚀速率v与腐蚀时间t的关系符合v=0.57t-0.34规律。镁合金在Hank溶液中的腐蚀机理为点蚀。

模拟体液环境下植入用Ti6Al7Nb合金的高周疲劳行为

Ti6Al7Nb合金作为一种新型的医用植入材料,在临床上已得到了推广应用,其在人体内长期服役情况下的疲劳行为值得关注。本文采用超声加速振动疲劳实验结合扫描电子显微镜微观观察,研究了植入用Ti6Al7Nb合金在空气和模拟体液环境下的高周疲劳行为。结果显示,Ti6Al7Nb合金不存在传统意义上的疲劳极限,其疲劳强度随着循环周次的增大而减小;Ti6Al7Nb合金在模拟体液环境中的疲劳性能远低于空气环境中,在108周次下的疲劳强度比空气环境中低23%;Ti6Al7Nb合金在空气和模拟体液中的疲劳性能都低于Ti6Al4V合金。断口显微观察发现,疲劳裂纹均萌生于试样表面。模拟体液会导致材料脆化,促进表面疲劳裂纹的萌生,从而降低材料的疲劳强度。