论文摘要
镁合金具有良好的生物相容性和生物可降解性,和其他传统医用金属植入材料相比,密度、弹性模量等综合力学性能与人体骨骼相近,能够和骨组织相匹配从而有效缓解应力遮挡效应,在骨修复过程中有潜在的应用优势。此外,镁是人体必需的微量元素,镁合金在植入之后逐渐降解而不会对人体产生危害,而且在治愈后不需要手术取出,减少对患者的伤害。但是目前镁合金由于合金化元素的添加使得合金中存在大量的第二相,引起严重的电化学腐蚀导致其耐蚀性差,腐蚀过程中导致力学性能降低无法起到固定或支撑的作用,从而制约了其临床应用。目前大多采用的解决手段是对镁合金进行表面处理,但是其结合力较差。如果获得细晶单相的镁合金,不但能够具有良好的力学性能,而且有可能提高其耐蚀性能,由于消除了第二相所引起的电化学腐蚀。然而,关于单相镁合金耐蚀性能的研究还尚未见报道。因此,本研究利用反向热挤压在300℃制备了纯Mg、 Mg-3Zn、 Mg-3Zn-1Ag和Mg-3Zn-3Ag （wt.%）合金,然后对其进行了抗溶血性和细胞毒性等生物相容性、组织结构观察、力学性能测试、模拟体液（SBF）中耐蚀性进行了测试。并利用电化学法和失重法对经固溶处理后的Mg-3Zn（-1～3）Ag合金在模拟体液中腐蚀行为进行了研究。得到如下结论：根据医疗器械生物学评价的相关标准,对反挤压态纯镁和Mg-3Zn（-1～3Ag）合金的抗溶血性和细胞毒性测试结果表明,四种镁合金的溶血率HR均小于5%,不会产生溶血作用；而且生物毒性等级均为1级,属于轻微细胞毒性,为可接受水平。这意味着该合金本系符合医用材料对这两项性能的要求。挤压态纯Mg、 Mg-3Zn、 Mg-3Zn-lAg和Mg-3Zn-3Ag （wt.%）合金的微观组织形貌观察结果表明,四种挤压态合金均发生完全动态再结晶而形成了等轴晶.且平均晶粒尺寸变化不大,均在20gm左右。此外,Mg-3Zn、 Mg-3Zn-lAg和Mg-3Zn-3Ag （wt.%）合金中出现了少量的第二相,其含量随着合金元素添加量的增加而增多。合金的室温抗拉强度和延伸率随着合金元素的添加逐渐增加,Mg-3Zn-3Ag合金分别达到245MPa和18.6%。另一方面,其抗压强度、压缩率也均逐渐增加,Mg-3Zn-3Ag合金达到最大值,分别为401MPa和18.0%。在37℃的SBF溶液中通过浸泡失重法测定了挤压态和固溶态合金的腐蚀速率。对挤压态合金而言,Mg-3Zn合金的初始腐蚀速率较纯Mg略有下降,随着浸泡时间延长Mg-3Zn合金的腐蚀速率保持在约4mm/year,与纯镁相当;而继续添加1和3Ag,其腐蚀速率都增加,分别为7和17 mm/year。与挤压态相比,经固溶处理后的合金腐蚀速率均发生了明显地降低,尤其是Mg-3Zn-1～3Ag合金,其稳定腐蚀速率降低了近50%。固溶处理之后Mg-3Zn、Mg-3Zn-1Ag合金浸泡初始腐蚀速率均小于纯Mg的,随着浸泡时间延长最终保持在3.5mm/year。电化学测试结果也表明了相比于纯Mg固溶处理之后降低了Mg-3Zn（-1～3）Ag的腐蚀速率。对固溶态合金经浸泡14天后的腐蚀产物分析结果表明,其主要含有Mg（OH）2和Ca3（P04）2。上述耐蚀性能测试结果表明,固溶处理可以降低合金中第二相的含量,甚至消除第二相,从而明显地提高Mg合金的耐蚀性能。但是,由于固溶处理温度较高,伴随第二相的溶解,也必然会使合金的晶粒粗化,引起合金力学性能的恶化。因此,在获得单相或准单相Mg-Zn基生物镁合金,提高其耐蚀性的前提下,如何进一步的细化晶粒,以提高其力学性能,将是我们未来工作的核心。