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镁基金属复合生物材料的制备及其性能研究


论 文 题 目 镁基金属复合生物材料的制备 及其性能研究 硕士学位论文 摘 要 摘 要 镁及镁合金因与自然骨的力学性能相近且具有良好的生物相溶 性,作为可降解的骨植入材料受到很大的关注。但是,镁合金易发生 电化学腐蚀,过快的腐蚀速率易导致植入失败。通过调整材料成分、 组织结构, 采用新的材料制备技术及表面处理等方法制备新的镁合金 或镁基复合材料降低材料的腐蚀速率是当今生物材料研究的热点。 本研究选用纯镁为基体材料,以镁的氧化物(MgO 陶瓷粉末)或 将 20.21wt% ZnO 或 20.21wt% ZnO 与 10wt% HA 的混合粉末作为增强 相添加添加到镁基体中,采用粉末冶金的方法,制备了三种镁基金属 复合材料,即:不同 MgO 含量的 MgO/Mg 复合材料,或通过原位生成 MgO 和 Mg-Zn 合 金 , 制 备 的 MgO/Mg-Zn/Mg 复 合 材 料 或 MgO/Mg-Zn/HA/Mg 复合材料。最后采用阳极氧化法和阳极氧化-聚乳 酸涂覆的方法在复合材料的表面分别制备了 MgO 涂层和 PLA/MgO 复合 涂层。 对复合材料的力学性能(主要包括表面硬度和抗拉强度)进行了 测试。通过浸泡法(包括 pH 值测量法和失重法)和电化学方法(动 电位扫描法和交流阻抗法) ,研究复合材料和涂层在人工模拟体液 (SBF 液)中的腐蚀速率及腐蚀行为。运用 X 射线衍射仪(XRD)和 扫描电镜(SEM)等先进设备对复合材料抛光表面、腐蚀表面、腐蚀 产物和涂层的物相、成分和形貌进行表征。主要研究结果如下: 1)采用粉末冶金的方法制备了第二相含量精确,分布均匀的 MgO/Mg 镁基金属复合材料。模拟体液中的浸泡实验和电化学实验的 结果一致表明,复合材料与纯镁金属有类似的腐蚀行为;相对于纯镁 金属,复合材料中的 MgO 在镁基体中的均匀、连续分布,可以提高镁 基金属复合材料整体的耐腐蚀性能,且随着 MgO 的含量的增加,复合 材料的腐蚀降解速率减小;然而,MgO/Mg 复合材料的耐蚀性能的提 高部分牺牲了力学性能。 复合材料的力学性能随着 MgO 的含量的增加 呈减小趋势。 2) 采用粉末冶金的方法, 通过原位反应机理制备了 MgO/Mg-Zn/Mg 和 MgO/Mg-Zn/HA/Mg 镁基金属复合材料。XRD 和 SEM 结果显示,均匀 分布于镁基体颗粒间的为 MgO 与 Mg-Zn 金属间化合物的混合组织或 MgO 与 Mg-Zn 金属间化合物和 HA 的复合组织。模拟体液中的浸泡实 I 硕士学位论文 摘 要 验和电化学实验分析结果一致表明,MgO/Mg-Zn(/HA)/Mg 复合材料与 纯 镁 有 类 似 的 腐 蚀 行 为 , 相 对 于 MgO/Mg 复 合 材 料 , MgO/Mg-Zn(/HA)/Mg 镁基金属复合材料呈现出更好的耐腐蚀性能;力 学性能研究表明,MgO/Mg-Zn(/HA)/Mg 复合材料的力学性能有显著的 提高;HA 在复合材料中的存在,能提高材料的力学性能,但对提高 复合材料的耐蚀性贡献不大。 3)以 MgO/Mg-Zn/Mg 复合材料为基底,在不同的阳极电位下制备 了不同厚度的 Mg(OH)2 涂层,其中 0.2V 的电位下制备的涂层最致密, 但厚度难以提高。致密的 Mg(OH)2 涂层经 450℃煅烧后得到多裂纹的 MgO 涂层, 再经聚乳酸 PLA 溶液的涂布后, 不仅可以起到封孔的作用, 还能在 MgO 涂层的表面覆盖一层新的 PLA 高分子涂层,得到 PLA/MgO 复合涂层。动电位扫

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