血管支架用亞快速凝固Mg-Zn-Y-xNd合金組織及性能研究.pdf

1、可降解鎂合金血管支架是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn),但其耐腐蝕性能和力學(xué)性能仍然不能滿足血管支架的要求。目前較多報(bào)道集中在通過合金化及塑性變形工藝以細(xì)化鎂合金晶粒從而提高其強(qiáng)韌性,但擠壓等變形工藝引入的應(yīng)力會(huì)降低鎂合金的耐腐蝕性能。因此,如何利用合金化及加工工藝制備出同時(shí)具有優(yōu)異的耐腐蝕性及高強(qiáng)韌的材料是鎂合金應(yīng)用于血管支架亟待解決的問題。
　　 針對(duì)于此,本文選擇具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能的低鋅系Mg-2Zn-0.2Y合金,僅含有

2、與人體生物相容的元素,微量添加對(duì)人體無毒、可提高材料抗凝血性及合金強(qiáng)韌性和耐腐蝕性能的稀土元素Nd,同時(shí)采用亞快速凝固工藝(銅模噴鑄)以細(xì)化鎂合金組織,避免變形應(yīng)力,提高基體固溶度,從而獲得與血管支架尺寸相當(dāng)?shù)木哂辛己镁C合性能的Mg-Zn-Y-xNd合金。通過金相顯微分析,X射線衍射分析、電化學(xué)測(cè)試、溶血凝血試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)等方法研究了亞快速凝固Mg-Zn-Y-xNd合金的顯微組織、體外腐蝕特性及生物相容性和力學(xué)性能,為血管支架用鎂合金成

3、分與工藝的最佳配合提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)踐依據(jù),并為下一步制備支架用微管奠定基礎(chǔ)。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 Mg-Zn-Y-xNd合金(x=0,0.5,1.0,1.5,wt％)經(jīng)亞快速凝固后顯微組織變化明顯,主要由花瓣?duì)顦渲ЫM成,枝晶臂為4-5μm左右;含適量Nd合金二三次枝晶臂變得不明顯;合金中大部分的Zn、Nd元素固溶于α-Mg基體中,XRD中僅顯示α-Mg的衍射峰,且相對(duì)于普通凝固合金的α-Mg衍射峰向右偏移

4、約0.14°;
　　 對(duì)于普通凝固Mg-Zn-Y-xNd合金(x=0,0.5,1.0,1.5,wt%),隨Nd含量增加,晶粒先細(xì)后粗,晶粒度為400→90→70→440μm;合金晶界處第二相增多,變得連續(xù),由點(diǎn)、棒狀→線狀;加入Nd1.5%Nd時(shí)枝晶粗大;合金中出現(xiàn)了NdZn及NdZn2相。對(duì)于亞快速凝固(Φ3mm)Mg-Zn-Y-xNd合金(x=0,0.5,1.0,1.5,wt%),顯微組織中出現(xiàn)花瓣?duì)顦渲?隨Nd含量增加,

5、枝晶臂變得明顯,二次枝晶臂間距均在5μm左右;對(duì)于亞快速凝固(Φ2mm)Mg-Zn-Y-xNd(x=0,0.5,1.0,1.5,wt%)合金,橫截面易出現(xiàn)三晶區(qū)組織,加入Nd使一次枝晶臂大小均勻,稍多時(shí)使枝晶臂變長(zhǎng),二次枝晶臂間距均在4μm左右;亞快速凝固下各合金主要為固溶一定量合金元素的α-Mg相;
　　 Mg-Zn-Y-xNd合金(x=0,0.5,1.0,1.5,wt%)經(jīng)亞快速凝固后,各合金的腐蝕電位、開路電位增大,腐蝕電

6、流密度減小,轉(zhuǎn)移電阻和阻抗模增大,合金的耐腐蝕性能提高,且對(duì)于Mg-Zn-Y-1-0Nd合金最為顯著;
　　 隨Nd含量增加,亞快速凝固(Φ3mm與Φ2mm)和普通凝固下Mg-Zn-Y-Nd合金的腐蝕電位、開路電位均增大,腐蝕電流密度先減小后增大,轉(zhuǎn)移電阻和阻抗模先增大后降低,在Nd含量為1.0%時(shí)腐蝕電流密度最小,轉(zhuǎn)移電阻和阻抗模最大,即耐腐蝕性能達(dá)最優(yōu)。Nd能夠減小鎂合金發(fā)生腐蝕的傾向,適量加入Nd可降低腐蝕速率,提高耐蝕性

7、;
　　 亞快速凝固增強(qiáng)了Nd提高M(jìn)g-Zn-Y-Nd合金耐腐蝕性能的作用。在普通凝固與亞快速凝固(Φ3mm)兩組冷速下,Mg-Zn-Y-1.0Nd合金耐腐蝕性能優(yōu)于Mg-Zn-Y-0.5Nd合金的程度不大;在亞快速凝固(Φ2mm)下,Mg-Zn-Y-1.0Nd合金耐腐蝕性能優(yōu)于Mg-Zn-Y-0.5Nd合金顯著(腐蝕電流密度減小了45.1%,轉(zhuǎn)移電阻增大了85.5%)。所有合金中,亞快速凝固(Φ2mm)Mg-Zn-Y-1.0N

8、d合金耐腐蝕性能最好,優(yōu)于已經(jīng)用于制備血管支架的WE43合金;
　　 考慮到亞快速凝固(Φ2mm)合金易形成三晶區(qū),以及實(shí)際血管支架是對(duì)微管形狀材料的內(nèi)外回轉(zhuǎn)面性能有要求,對(duì)比研究了亞快速凝固(Φ2mm)Mg-Zn-Y-1.0Nd合金的回轉(zhuǎn)面與截面的腐蝕性能。動(dòng)電位極化試驗(yàn)、電化學(xué)阻抗分析及浸泡試驗(yàn)均表明亞快速凝固圓柱形試棒回轉(zhuǎn)面的耐腐蝕性能優(yōu)于截面,這非常有利于亞快速凝固Mg-Zn-Y-1.0Nd合金充分發(fā)揮其表層細(xì)晶區(qū)的優(yōu)異

9、耐腐蝕性能而應(yīng)用于血管支架。
　　 經(jīng)亞快速凝固,Mg-Zn-Y及Mg-Zn-Y-1.0Nd合金的血液相容性提高:加入1.0%Nd使合金溶血率降低,活化部分凝血活酶時(shí)間延長(zhǎng),亞快速凝固下更明顯;普通凝固及亞快速凝固Mg-Zn-Y-1.0Nd合金的溶血率及APTT均優(yōu)于WE43合金和316L不銹鋼;亞快速凝固Mg-Zn-Y-1.0Nd合金其浸提液培養(yǎng)的細(xì)胞生長(zhǎng)形態(tài)較好,細(xì)胞存活率高,細(xì)胞毒性為1級(jí),達(dá)到國(guó)家對(duì)生物材料安全性要求;隨