Mg-Zn-Ca三元镁合金生物材料的腐蚀行为

以Zn与Ca为合金组元,采用熔融浇注法制备3种Ca含量分别为1%、2%和3%的Mg-Zn-Ca三元镁合金生物可降解材料,并对3种镁合金在Hank模拟体液中的质量损失腐蚀及电化学腐蚀行为进行研究。对不同腐蚀时间的合金表面形貌以及合金组织和相成分进行分析。结果表明:镁合金的腐蚀是从镁基相的点蚀开始的,含Ca量为1%的镁合金表现出良好的抗腐蚀性能;合金中Mg2Ca相的分布显著影响合金的耐腐蚀性能,合金体中Mg2Ca相的含量随着合金中Ca含量的增加而增加,导致合金的抗腐蚀性能变差。     

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,通过浸泡腐蚀实验及电化学测试等方法,研究了其在Hank’s模拟体液中的腐蚀规律。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。     

Mg-2Zn-0.5Ca-Y系列镁合金在模拟体液和氯化钠溶液中的腐蚀行为和电化学性质（英文）

利用金相显微镜和扫描电镜观察Mg-2Zn-0.5Ca-Y系列镁合金的金相结构及表面微观形貌,使用电化学测试系统测试铸态Mg-2Zn-0.5Ca-Y系列镁合金在模拟体液和3.5%Na Cl溶液中的电化学腐蚀性能,通过在模拟体液和3.5%Na Cl溶液中的浸泡试验测试其腐蚀速率。Mg-2Zn-0.5Ca-Y系列镁合金的微观腐蚀形貌表明,腐蚀并不均匀,在浸泡试验后其腐蚀表面有大量的裂纹。稀土Y的加入能够提高其耐蚀能力,并且Mg-2Zn-0.5Ca-1.0Y合金的耐蚀性优于其他同系合金。由于腐蚀保护层的存在,所有在模拟体液和氯化钠溶液中得到的极化曲线均显示出高容电流。在实验条件下的电化学阻抗曲线均仅有一个循环电容。出现高频率的循环电容是由于稳定的双电层电容的存在。出现低频率的循环电容是由于自由区域的扩散控制膜。     

Ti-Nb-Zr-Sn合金电化学腐蚀行为研究

采用粉末冶金法制备生物医用β钛合金Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn(TNZS),采用恒电位极化曲线法研究合金在模拟人体体液(Hank’s)中的电化学腐蚀行为,通过测量合金在模拟人体体液中的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度和极化电阻等电化学参数来比较不同烧结工艺下钛合金的耐腐蚀性能。结果表明,在1250℃烧结2 h所制备的TNZS合金自腐蚀电位为-962 mV,自腐蚀电流密度为410 nA.cm-2,极化电阻39.51 kΩ.cm-2,有相对较好的耐腐蚀性,合金本身自有的孔隙成为腐蚀活性位置。     

Mg-Zn-Mn合金和Mg-Zn-Ca合金的组织及耐蚀性比较

研究了Mg-1.5Zn-xCa(x=0.5,1.0)合金和Mg-1.5Zn-xMn(x=0.5,1.0)合金在Hank's模拟体液中浸泡腐蚀32 d的腐蚀规律,并对上述两种合金的形貌进行分析。结果表明:Mg-1.5Zn-xMn(x=0.5、1.0)合金的显微组织由Mg-Zn、α-Mn和α-Mg相组成;Mg-1.5Zn-xCa(x=0.5、1.0)合金的显微组织由α-Mg、Mg-Zn、Mg_2Ca相组成。在Hank’s模拟体液中浸泡32d,Mg-1.5Zn-xCa(x=0.5、1.0)合金比Mg-1.5Zn-xMn(x=0.5、1.0)合金的表面腐蚀面积大,程度深。Mg-1.5Zn-xMn(x=0.5、1.0)合金比Mg-1.5Zn-xCa(x=0.5、1.0)合金的容抗弧半径大,腐蚀电位高,腐蚀电流密度小,因此Mg-1.5Zn-xMn(x=0.5、1.0)合金的耐蚀性能更好。     

Zn-xSr生物医用可降解材料的组织与性能

制备了Zn-xSr(x=0、0.5、1、2、3)合金试样,采用金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、电化学工作站和浸泡失重法等仪器和方法,研究了Zn-xSr合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明,随着Sr含量提高,合金组织中SrZn13第二相逐渐增多,尺寸增大,合金的硬度逐渐增大,而耐蚀性则逐渐变差。Zn-xSr(x=0、0.5、1、2、3)合金的显微硬度(HV)分别为38、52、60、89、110;在Hank’s模拟体液中的浸泡腐蚀速率分别为2.871、6.086、6.665、7.147、7.746g·m-2·d-1。     

Mg-2Zn-0.5Ca-Y系镁合金在模拟体液和氯化钠溶液中的腐蚀行为和电化学性质

利用金相显微镜和扫描电镜测试Mg-2Zn-0.5Ca-Y系镁合金的金相结构及表面微观形貌,利用电化学测试系统测试铸态Mg-2Zn-0.5Ca-Y系镁合金在3.5%NaCl溶液和模拟体液中的电化学腐蚀性能,通过在3.5%NaCl溶液和模拟体液中的浸泡实验测试其腐蚀速率。Mg-2Zn-0.5Ca-Y系镁合金的微观腐蚀形貌表明,腐蚀行为并不一致,在浸泡实验后其腐蚀表面有大量的裂痕。稀土Y的加入能够提高其耐蚀能力,并且Mg-2Zn-0.5Ca-1.0Y 合金的耐蚀性较其他同系合金强。由于腐蚀保护层的存在,所有在模拟体液和氯化钠溶液中得到的极化曲线均显示出高容电流。在实验条件下的电化学阻抗曲线均有一个循环电容。出现高频率的循环电容的是由于稳定的双电层电容的存在。出现低频率的循环电容是由于自由区域的扩散控制膜。     

Ce对Ti-Fe-Mo-Mn-Nb-Zr合金在人工体液及乳酸中腐蚀性能的影响

采用电化学测试技术研究了Ce对新研制的口腔用Ti-Fe-Mo-Mn-Nb-Zr合金在人工体液中耐腐蚀性能影响，采用浸泡试验探讨了Ce对Ti-Fe-Mo-Mn-Nb-Zr合金在不同pH值乳酸中耐腐蚀性能的影响。研究表明，含Ce与不含Ce的合金在Hank’s人工模拟体液浸泡的自腐蚀电位均高于0．42V，且随Ce加入量的增加合金的自腐蚀电位先降低再升高然后再降低；Ce的加入没有改变合会的阳极化曲线类型，均为典型的钝化类型阳极化；Ce的加入使合金在乳酸中的腐蚀由点蚀转变为点蚀和晶界腐蚀；原子发射光谱(ICP)分析表明随乳酸酸性增强，含Ce与不含Ce合金的耐腐蚀性能差异增大；Ce的加入不利于提高该材料在人工体液和乳酸中的耐腐蚀性能。如果为了提高合金力学性能，Ce的最佳加入量为0．1％(按质量）。     

Zr含量对生物材料Mg-2Zn合金显微结构与耐腐蚀性能影响

采用机械合金化及真空热压烧结方法制备了3种不同Zr含量的Mg-2Zn合金(Mg-2Zn,Mg-2Zn-0.5Zr,Mg-2Zn-1Zr),并通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)及在SBF模拟体液中进行动电位极化曲线测试和浸泡24 h失重实验,对比研究了3种合金的显微结构与耐蚀性能。结果表明,Mg-2Zn合金的晶粒粗大,含Zr合金的晶粒细长,晶粒明显细化,其中含0.5Zr合金的晶粒最小,约为2μm,含1Zr合金的晶粒约为5μm。浸泡实验中Mg-2Zn合金的腐蚀速率最大,含0.5Zr时合金的腐蚀速率最小,Zr含量过多时,合金的腐蚀速度反而增大。电化学测试中Mg-2Zn合金的自腐蚀电流密度最大,而含0.5Zr合金的自腐蚀电流密度最小,耐蚀性能最好。     

Wearing and Corrosion Resistance of TAMZ Alloy Implanted by Carbon Ion in Hank’s Body Fluid

人体模拟体液Hank’s溶液中对碳离子注入TAMZ合金的耐蚀耐磨行为进行研究。结果表明,碳离子注入TAMZ合金表面形成含碳量1.07%的均匀改性层,碳离子注入层厚度达9 μm。碳离子注入后,TAMZ表面形成无序层膜,经XRD分析主要由TiC和Ti组成。Hank’s溶液中电化学测试结果表明,注入碳离子的TAMZ合金腐蚀电位升高、电荷转移电阻增大,阳极极化电流密度降低,改善了电化学性能。其原因归结于碳离子注入后碳化物的无序层膜的形成阻滞了合金元素的溶解,提高了膜层的耐蚀性能。Hank’s溶液中注入碳离子的TAMZ合金的摩擦系数和比磨损率均明显小于基体TAMZ合金,硬度提高;而且经摩擦的碳离子注入TAMZ合金比基体TAMZ合金的阳极极化电流密度小、电荷转移电阻大,表明碳离子注入改性层在人体模拟液环境中具有优良的耐磨、耐蚀性能     

Hank’s溶液中碳离子注入TAMZ合金的耐蚀耐磨行为研究（英文）

人体模拟体液Hank’s溶液中对碳离子注入TAMZ合金的耐蚀耐磨行为进行研究。结果表明,碳离子注入TAMZ合金表面形成含碳量1.07%的均匀改性层,碳离子注入层厚度达9μm。碳离子注入后,TAMZ表面形成无序层膜,经XRD分析主要由TiC和Ti组成。Hank’s溶液中电化学测试结果表明,注入碳离子的TAMZ合金腐蚀电位升高、电荷转移电阻增大,阳极极化电流密度降低,改善了电化学性能。其原因归结于碳离子注入后碳化物的无序层膜的形成阻滞了合金元素的溶解,提高了膜层的耐蚀性能。Hank’s溶液中注入碳离子的TAMZ合金的摩擦系数和比磨损率均明显小于基体TAMZ合金,硬度提高;而且经摩擦的碳离子注入TAMZ合金比基体TAMZ合金的阳极极化电流密度小、电荷转移电阻大,表明碳离子注入改性层在人体模拟液环境中具有优良的耐磨、耐蚀性能。     

镁合金表面MgF_2/HA复合涂层的体外降解性能

为改善镁合金的耐蚀性和生物相容性,利用化学处理和电化学沉积法在镁合金AZ31表面制备MgF_2/HA复合涂层。采用Hank’s仿生溶液中浸泡和电化学阻抗(EIS)的方法,结合浸泡过程中涂层EIS谱和表面形貌成分的变化,研究MgF_2/HA涂层的体外降解行为。结果表明:在Hank’s仿生溶液浸泡过程中,涂层电化学阻抗谱的高频容抗弧明显减小,涂层电阻随浸泡时间而降低。浸泡至5 d时,出现感抗弧,涂层表面区域产生腐蚀孔核。浸泡至8 d时,镁合金基体发生点蚀,点蚀产生的腐蚀产物在孔中堆积形成胞状突起。浸泡至12 d时,Cl-渗透至镁合金基体,涂层表面形成MgCl_2结晶。浸泡过程中,表面涂层未发生脱落和明显的溶解,降解以溶液渗透至基体,然后发生局部点蚀为主。     

Mg-Zn-Sr生物医用材料在模拟体液中的腐蚀性能研究

为了改善Mg-Zn二元合金的耐腐蚀性能,制备了Sr含量分别为0.2%、0.4%、0.6%和1.0%的Mg-4Zn-xSr三元镁合金。采用光学显微镜、X射线衍射仪和配备有X射线光电子能谱仪的扫描电子显微镜观察合金的微观组织与相组成,采用失重实验研究合金在模拟体液中的腐蚀性能。采用电化学测试方法测试合金在模拟体液中的极化曲线。结果表明,Sr含量为0.2%的合金腐蚀速率最小,自腐蚀电位最高,腐蚀方式为均匀腐蚀。     

微量CaO对AZ81镁合金显微组织和耐腐蚀性能的影响

利用静态失重法,电化学测试方法,结合SEM和XRD等方法,研究了CaO添加量为0,0.1%,0.5%和0.9%(质量分数) 的AZ81镁合金显微组织和耐腐蚀性能.结果表明:当CaO的添加量为0.5%时,合金的晶粒得到明显细化,合金主要由α-Mg基体和Mg₁₇Al₁₂相组成,同时在合金中生成了新相Al₂Ca和Mg₂Ca;随着CaO添加量的增加,AZ81镁合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀速率先降低后升高,自腐蚀电位先升高后降低,自腐蚀电流密度先减小后增大,当CaO的添加量为0.5%时合金的腐蚀速率和自腐蚀电流密度最小,自腐蚀电位最高,耐腐蚀性能最好.     

4种铸造镁合金在SBF溶液中的腐蚀行为研究

比较了ZK60、AM60、AZ31和AZ91D等4种铸造镁合金在SBF模拟体液中浸泡72 h的腐蚀性能。利用SEM观察了镁合金腐蚀后的显微形貌,根据失重法计算了镁合金的腐蚀速率,采用极化曲线和电化学阻抗方法进一步评价了镁合金的耐蚀性。研究表明,AZ91D合金腐蚀速率最低,并且呈均匀腐蚀。AZ31合金耐蚀性最差,且点蚀严重,AM60和ZK60合金的耐蚀性相近。     

Fe、Ni、Cu对AXJ530镁合金腐蚀性能的影响

应用5%的NaCl盐雾腐蚀、浸泡腐蚀试验和电化学方法,研究了Fe、Ni、Cu杂质元素对AXJ530镁合金耐蚀性的影响。盐水和盐雾腐蚀试验结果表明,当合金中Fe和Cu的质量分数分别小于69×10-6时,AXJ530镁合金的耐蚀性几乎没有受到影响;而当Ni的质量分数大于3×10-6时,合金的耐蚀性明显下降。Fe或Cu的加入导致了合金的腐蚀表面出现了蜂窝状的腐蚀坑,而Ni的加入导致合金的腐蚀表面出现了很多点蚀坑。极化曲线试验中,Fe和Ni对腐蚀电流的影响规律和盐雾与盐水浸泡腐蚀试验中基本一致,而Cu对腐蚀电流没有明显的影响。     

纳米羟基磷灰石对血管内支架用可降解Mg-Zn-Zr 合金性能的影响

作为可降解血管内支架材料的探索,制备了Mg-3Zn-0.8Zr合金(质量分数,%,下同)及Mg-3Zn-0.8Zr-1HA复合材料,研究了纳米羟基磷灰石(n-HA)对合金力学性能和生物腐蚀降解性能的影响。n-HA均匀分布于镁合金基体中,使晶粒细化,抗拉强度和延伸率均高于未添加n-HA合金。模拟体液(SBF)浸泡实验表明：随着浸泡时间延长,两种材料表面形貌差异明显。浸泡20 d后,含n-HA的复合材料表面完整,有Ca、P沉积层形成,电化学测试计算的电流密度为0.701×10-5A·cm-2;而不含HA的合金表面严重脱落形成凹坑,对应腐蚀电流密度为1.034×10-5A·cm-2,显示n-HA显著增加了镁合金的耐腐蚀能力     

Nd合金化对生物医用Mg-Zn-Sn合金腐蚀性能的影响

将稀土元素Nd添加到Mg-2Zn-3Sn合金中，采用金属型铸造制备了Mg-2Zn-3Sn-xNd(x=0, 0.5, 1, 2,质量分数，%)合金，采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等分析了铸态Mg-2Zn-3Sn-xNd合金的微观组织，应用电化学测试和Hank’s溶液静态浸泡测试研究了其耐腐蚀性能。结果表明，铸态Mg-2Zn-3Sn-xNd合金由α-Mg相、MgSnNd相、Mg₂Sn相和少量的MgZn相组成。与Mg-2Zn-3Sn合金相比，Mg-2Zn-3Sn-xNd合金的晶粒得到明显细化。少量Nd(0.5%、1%)可提高Mg-2Zn-3Sn合金的耐腐蚀性，但当Nd的添加量较高时(2%),电偶腐蚀加剧，合金的耐腐蚀性能降低。Mg-2Zn-3Sn-0.5Nd合金的耐腐蚀性能最佳，说明适量Nd可改善Mg-2Zn-3Sn合金的耐腐蚀性。     

微量Cu对生物Zn-Mg合金组织和生物降解行为的影响

通过向生物医用Zn-0.8Mg合金中添加微量合金元素Cu,研究了Cu含量对合金组织和生物降解行为的影响。结果表明,随着Cu含量增加,合金中初生η-Zn相逐渐细化,其平均晶粒尺寸由106μm减小到43μm,同时,第二相的体积分数也随之逐渐增加。腐蚀浸泡和电化学测试结果均表明,随着Cu含量增加,合金在Hank’s溶液中的失重降解速率和自腐蚀电流密度均逐渐增大,表明合金的降解速率逐渐提高。     

铸造镁合金Mg-Nd-Zn-Zr的生物腐蚀性能

对铸态(F)Mg-3.08Nd-0.27Zn-0.43Zr(质量分数,%)镁合金进行了固溶处理(T4)及固溶+人工时效(T6)。采用光学显微镜研究了F、T4、T6状态下Mg-3.08Nd-0.27Zn-0.43Zr合金的显微组织,采用析氢和失重实验测试合金在模拟体液中的生物腐蚀性能,并且利用扫描电子显微镜观察了腐蚀后合金的表面腐蚀形貌,采用电化学法测试了合金在模拟体液中的循环极化曲线。结果表明:固溶处理及固溶+人工时效处理均有助于提高合金在模拟体液中的生物腐蚀性能,且Mg-3.08Nd-0.27Zn-0.43Zr合金在模拟体液中的腐蚀方式为均匀腐蚀。