羟基磷酸钙表面沉积医用Mg-Zn-Ca合金的腐蚀行为研究

摘要

近些年来作为可降解材料的金属镁，使众多科学工作者对其在人体中的植入进行了较深入的探索。镁合金与人体的生物相容性较好，弹性模量与骨骼接近，但是由于金属镁的耐腐蚀性较差，给植入人体带来了一定的困难，因此镁锌钙三元合金作为降解材料，越来越多地受到了业界的关注。羟基磷酸钙是生物体骨骼等较硬组织的主要无机成分，羟基磷酸钙对生物体无害。因而在合金表层沉积羟基磷酸钙能够进一步提高合金在人体内的抗腐蚀性。
　　本文通过添加锌和钙元素，炼制了Mg-Zn-Ca合金。采用电沉积的方法将镁锌钙三元合金的表面沉积一层羟基磷酸钙膜层。将镁合金置于恒温的模拟人体体液中进行腐蚀浸泡实验。通过电化学实验，测定了镀膜与不镀膜试样的极化曲线以及交流阻抗谱，并测定了自腐蚀电位（Ecorr），计算了腐蚀速率；观察了镀膜镁合金以及不镀膜镁合金的宏观腐蚀形貌；采用扫描电镜对试样的形貌进行了观察，并进行了 EDS能谱分析；对镁锌钙合金的表层沉积羟基磷酸钙膜层，并将膜层进行XRD测试及分析。
　　浸泡腐蚀实验结果表明：镀有羟基磷酸钙膜层的 Mg-Zn-Ca合金腐蚀速率较小，说明膜层有效地提高了镁的耐腐蚀性。无论镀膜与否Mg-1Zn-0.25Ca合金，其抗腐蚀性能都高于Mg-1Zn-0.5Ca合金的抗腐蚀性能，说明成分为Mg-1Zn-0.25Ca合金的抗腐蚀性优于Mg-1Zn-0.5Ca合金。
　　XRD实验结果表明：在预沉积层中形成了CaHPO4·2H2O和羟基磷酸钙（HA）；通过热浸处理后的膜层成分，经过化学反应致使大量的CaHPO4·2H2O转化成了羟基磷酸钙（HA）。
　　交流阻抗测试表明：镀有羟基磷酸钙膜层的镁合金容，其抗弧半径较大且展现出来的抗腐蚀性较好；无膜层的镁合金，其容抗弧半径较小且抗腐性相对较差；而且无论镀膜与否，含钙量低的镁合金，其抗腐蚀性均优于含钙量高的试样的抗腐蚀性。
　　极化曲线测试表明：镀有羟基磷酸钙膜层的Mg-Zn-Ca合金试样，其自腐蚀电位相对较高，电流的密度相对较小；而没有镀膜的Mg-Zn-Ca合金试样，其腐蚀电位相对较低，电流的密度相对较大，说明镀有羟基磷酸钙膜层的试样展现出的抗腐蚀性能较优。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

1 文献综述

1.1 生物医用材料概述

1.2 镁及镁合金材料

1.3 镁合金的抗腐蚀性研究

1.4 镁合金的优势与存在问题

1.5 选题目的及依据

2 实验材料及实验方法

2.1实验方案

2.2实验流程

2.3 实验原料及设备

2.4 实验过程

3 Mg-1Zn-XCa合金的基本性质

3.1 Mg-1Zn-XCa合金的显微组织形貌观察

3.2 Mg-1Zn-XCa合金SEM形貌观察和EDS分析

3.3 本章小结

4 Mg-1Zn-xCa合金在Hank’s模拟体液中的腐蚀行为

4.1 Mg-1Zn-XCa合金的腐蚀形貌观察

4.2腐蚀速率分析

4.3 自腐蚀电位分析

4.4 Mg-1Zn-XCa合金的交流阻抗分析

4.5 Mg-1Zn-XCa合金的极化曲线分析

4.6 本章小结

5 表面沉积羟基磷酸钙Mg-1Zn-XCa合金的腐蚀行为

5.1羟基磷酸钙膜层的XRD分析

5.2 镀膜Mg-1Zn-XCa合金腐蚀形貌观察

5.3腐蚀速率测定

5.4 自腐蚀电位分析

5.5 交流阻抗分析

5.6 极化曲线分析

5.7 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢