鎂合金的腐蝕研究-文獻(xiàn)綜述

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1、醫(yī)用鎂合金腐蝕性能研究黃亞文摘要：鎂合金具有良好的生物相容性、可在人體降解、合適的物理力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)上擁有良好的應(yīng)用前景，鎂合金的研究得到了廣泛重視。但鎂化學(xué)性質(zhì)活潑，鎂合金降解速度快。本文綜述了提高鎂合金耐蝕性能的方法，主耍有：鈍化鎂合金、合金化、熱處理及成形加工、表面處理四種方法，并概述了各種方法的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：鎂合金；腐蝕機(jī)理；耐蝕性能；鈍化；合金化；熱處理；表面處理1、概述生物醫(yī)用材料是指醫(yī)療上能夠植入生物體或能夠與生物組織相結(jié)合的材料，用來治療或替換生物機(jī)體中原有的組織和器官，修止和提高其功能。目而，生

2、物醫(yī)用金屬材料是臨床中廣泛應(yīng)用的一類外科植入材料，具有高的強(qiáng)度、良好的韌性、抗彎曲疲勞強(qiáng)度以及良好的加工成型性能，具有其它類型醫(yī)用材料不可替代的優(yōu)良性能。目前，應(yīng)用于臨床的生物金屈材料主要包括不銹鋼、鉆鋸合金及飲合金，它們具有很好的耐蝕性能。而鎂合金作為醫(yī)用植入材料，與現(xiàn)有已經(jīng)進(jìn)入臨床使用的醫(yī)用金屬材料相比，具有以下的優(yōu)勢：（1）鎂與人體有良好的生物相容性；（2）鎂可以在人體降解；（3）鎂是骨生長的必需元素；（4）鎂合金具有合適的物理力學(xué)性能；（5）鎂合金成型性好，資源豐富，價格低⑴。但是在苛刻的侵蝕性人體生理環(huán)境下，鎂腐蝕

3、降解速度過快,往往在組織完全愈合Z前鎂制品的力學(xué)性能就遭到破壞，同時降解產(chǎn)生的氫氣在植入體周圍積累致使皮卜?氣腫，延緩了組織的愈合。因此鎂作為醫(yī)用生物材料使用，首先必須合理控制其在體內(nèi)環(huán)境中的降解速率，使其能在特定吋間段內(nèi)保持機(jī)械完整性。2.鎂及鎂合金腐蝕機(jī)理及影響因素2.1、腐蝕機(jī)理鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.37V（SCE）,化學(xué)性質(zhì)極為活潑，在酸性、屮性和弱堿性介質(zhì)中皆易遭受侵蝕破壞。鎂合金的牛物降解行為受到體液中無機(jī)物、有機(jī)物以及植入部位血液流速、氫擴(kuò)散系數(shù)等因素的影響，與動物不同組織接觸，其降解速度也不相同,且體內(nèi)、體

4、外實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較犬。從腐蝕電化學(xué)的角度而言，在水基溶液屮，鎂及鎂合金的腐蝕以析氫反應(yīng)為主，涉及總反應(yīng)方程式如下：M+nH2O^M(OH)n+-H2(1)2在不考慮中間步驟的前提下，上述總反應(yīng)可以分解成如下反應(yīng)：陽極溶解：M—W"+ne-⑵陰極析氫：2也0+2e-->H+20H-⑶副反應(yīng):+nOir->M(OII)n(4)式中：M代表Mg及其主要合金元索。鎂及鎂合金發(fā)生生物降解時，首先在晶界或表而缺陷處發(fā)生陽極溶解，陽極反應(yīng)主要產(chǎn)物Mg2+與陰極反應(yīng)產(chǎn)物曲一發(fā)生副反應(yīng)生成Mg(OH)2oMg(OH)2結(jié)構(gòu)疏松,保護(hù)作用很弱，在

5、pH值為7.4月.富含Cl-的體液環(huán)境屮,Mg(0H)2轉(zhuǎn)化為易溶的MgCl2,導(dǎo)致鎂的快速降解⑴。鎂合金降解產(chǎn)物最終主要以尿液的形式排出體外。2.2.影響鎂及鎂合金腐蝕的因素鎂及鎂合金的腐蝕受很多因素的影響，包扌舌鎂合金的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境溫度、電解質(zhì)成分、和pH值、腐蝕產(chǎn)物的性質(zhì)等。當(dāng)鎂及鎂合金中含有較多的朵質(zhì)元素(如Fe,Ni,Cu等)時會嚴(yán)重降低其耐蝕性能。添加適量的Ca,Al和Zn能夠明顯提高鎂合金的耐蝕性能。不同晶粒度的鎂合金在模擬體液屮的腐蝕行為也略有不同，鎂合金的不同表面狀態(tài)對其腐蝕性能也有影響。

6、經(jīng)過固溶處理，合金的腐蝕速率變化趨勢較為緩和，且平均腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鑄態(tài)⑵。陰離子的濃度、緩沖劑及蛋白質(zhì)都強(qiáng)烈地影響鎂及鎂合金的電化學(xué)行為。硫酸根離子會促進(jìn)鎂的降解，鎂及鎂合金在含有氯離子的介質(zhì)中會發(fā)牛嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，而磷酸根離子可以抑制其腐蝕。含磷化合物述冇助于通過阻止氯離子的侵蝕而進(jìn)一步提高保護(hù)作用。碳酸氫根離了被發(fā)現(xiàn)能導(dǎo)致鎂及鎂合金表面的快速鈍化，從而完全抑制了點(diǎn)蝕的發(fā)生。蛋白質(zhì)能夠抑制腐蝕，氨基酸能促進(jìn)鎂的降解。緩沖劑同樣彩響降解速率，緩沖能力越強(qiáng)，鎂及鎂合金的降解速率越快⑶。另外還有研究表明，在Hank,s溶液中較0.

7、9%NaCl溶液中慢，在骨髓腔中較肌肉及骨皮質(zhì)中快⑷。腐蝕介質(zhì)的pH值同樣對鎂及鎂合金的腐蝕行為冇重要影響，pH值增高，腐蝕速率急劇降低。周圍環(huán)境溫度對鎂及鎂合金的腐蝕也有影響，37°C卜?純鎂的腐蝕速率比在20°C下的腐蝕速率大一倍,40°C下的腐蝕速率比37°C下的大50%。3、提高鎂合金耐蝕性能的方法3.1、純化鎂合金鎂合金的純度是影響鎂合金耐蝕性能的最重要因索之一。尤其鎂合金中的雜質(zhì)含量，特別是有害元素的含量。在鎂合金屮雜質(zhì)元素主要為Fe、⑴和Cu。這些有害元素在Mg的固溶度很小，與Mg形成網(wǎng)狀的晶界相，在鎂合金中表

8、現(xiàn)出活躍的陰極特性，促進(jìn)了鎂合金表面微屯池的形成，對鎂合金的耐腐蝕性能冇害⑸。所以，大幅度降低鎂合金屮有害重金屬雜質(zhì)的含量，可有效提高鎂合金的耐腐蝕性能，從而減小鎂在人體內(nèi)降解速率。提高合金純凈度主要有以下途徑。首先選用高純凈的原料，這是保證合金高純凈性的基礎(chǔ)；?其次是熔煉工藝的凈化，控制