鎂基金屬復(fù)合生物材料的制備及其性能研究.pdf

1、鎂及鎂合金因與自然骨的力學(xué)性能相近且具有良好的生物相溶性，作為可降解的骨植入材料受到很大的關(guān)注。但是，鎂合金易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，過快的腐蝕速率易導(dǎo)致植入失敗。通過調(diào)整材料成分、組織結(jié)構(gòu)，采用新的材料制備技術(shù)及表面處理等方法制備新的鎂合金或鎂基復(fù)合材料降低材料的腐蝕速率是當(dāng)今生物材料研究的熱點(diǎn)。
　　 本研究選用純鎂為基體材料，以鎂的氧化物（MgO陶瓷粉末）或?qū)?0.21wt％ZnO或20.21wt％ZnO與10wt％HA的混合粉末

2、作為增強(qiáng)相添加添加到鎂基體中，采用粉末冶金的方法，制備了三種鎂基金屬復(fù)合材料，即:不同MgO含量的MgO/Mg復(fù)合材料，或通過原位生成MgO和Mg-Zn合金，制備的MgO/Mg-Zn/Mg復(fù)合材料或MgO/Mg-Zn/HA/Mg復(fù)合材料。最后采用陽極氧化法和陽極氧化-聚乳酸涂覆的方法在復(fù)合材料的表面分別制備了MgO涂層和PLA/MgO復(fù)合涂層。
　　 對復(fù)合材料的力學(xué)性能（主要包括表面硬度和抗拉強(qiáng)度）進(jìn)行了測試。通過浸泡法（包括

3、pH值測量法和失重法）和電化學(xué)方法（動(dòng)電位掃描法和交流阻抗法），研究復(fù)合材料和涂層在人工模擬體液（SBF液）中的腐蝕速率及腐蝕行為。運(yùn)用X射線衍射儀(XRD)和掃描電鏡(SEM)等先進(jìn)設(shè)備對復(fù)合材料拋光表面、腐蝕表面、腐蝕產(chǎn)物和涂層的物相、成分和形貌進(jìn)行表征。主要研究結(jié)果如下:
　　 1)采用粉末冶金的方法制備了第二相含量精確，分布均勻的MgO/Mg鎂基金屬復(fù)合材料。模擬體液中的浸泡實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致表明，復(fù)合材料與純鎂

4、金屬有類似的腐蝕行為;相對于純鎂金屬，復(fù)合材料中的MgO在鎂基體中的均勻、連續(xù)分布，可以提高鎂基金屬復(fù)合材料整體的耐腐蝕性能，且隨著MgO的含量的增加，復(fù)合材料的腐蝕降解速率減小;然而，MgO/Mg復(fù)合材料的耐蝕性能的提高部分犧牲了力學(xué)性能。復(fù)合材料的力學(xué)性能隨著MgO的含量的增加呈減小趨勢。
　　 2)采用粉末冶金的方法，通過原位反應(yīng)機(jī)理制備了MgO/Mg-Zn/Mg和MgO/Mg-Zn/HA/Mg鎂基金屬復(fù)合材料。XRD和S

5、EM結(jié)果顯示，均勻分布于鎂基體顆粒間的為MgO與Mg-Zn金屬間化合物的混合組織或MgO與Mg-Zn金屬間化合物和HA的復(fù)合組織。模擬體液中的浸泡實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果一致表明，MgO/Mg-Zn(/HA)/Mg復(fù)合材料與純鎂有類似的腐蝕行為，相對于MgO/Mg復(fù)合材料，MgO/Mg-Zn(/HA)/Mg鎂基金屬復(fù)合材料呈現(xiàn)出更好的耐腐蝕性能;力學(xué)性能研究表明，MgO/Mg-Zn(/HA)/Mg復(fù)合材料的力學(xué)性能有顯著的提高;HA在復(fù)

6、合材料中的存在，能提高材料的力學(xué)性能，但對提高復(fù)合材料的耐蝕性貢獻(xiàn)不大。
　　 3)以MgO/Mg-Zn/Mg復(fù)合材料為基底，在不同的陽極電位下制備了不同厚度的Mg(OH)2涂層，其中0.2V的電位下制備的涂層最致密，但厚度難以提高。致密的Mg(OH)2涂層經(jīng)450℃煅燒后得到多裂紋的MgO涂層，再經(jīng)聚乳酸PLA溶液的涂布后，不僅可以起到封孔的作用，還能在MgO涂層的表面覆蓋一層新的PLA高分子涂層，得到PLA/MgO復(fù)合涂層。