- 文献综述(或调研报告):
生物医用镁合金的腐蚀与防护
摘要:随着材料学和生物学等学科的发展,生物医用材料进入高速发展期,国内可降解镁合金材料的研究起步较晚,但已经取得了不错的成果,目前在人体植入实验还不成熟的前提下,进行镁合金在模拟人体体液中的腐蚀研究,是研究生物可降解镁合金腐蚀性能的重要方法,这种方法的优势在于可以大批量的将镁合金用来研究,能够找出基本规律,从而模拟镁合金应用与人体中可能出现的情况,为将来进行安全的人体实验提供数据支持。但镁合金耐腐蚀性能较差,尤其是在含氯离子的腐蚀环境中更是如此,而人体的生理环境是对组织物要求苛刻的腐蚀环境,因此对镁合金本质的研究、腐蚀性能的研究及表面改性技术的完善成了解决镁合金在生物材料领域研究的关键。
关键词:生物医用镁合金;腐蚀;流场;防护
Abstract: With the development of materials science and biology, biomedical materials have entered a period of rapid development. The domestic research on degradable magnesium alloy materials started later , but it has achieved good results. At present, human implant experiments are still immature. Under the premise, it is an important method to study the corrosion performance in the human body fluid of biodegradable magnesium alloy. The advantage of this method is that it can be used in large quantities to study magnesium alloy and find the basic law. In order to provides data support for safe human experiments in the future, it necessary to simulate the possible reactions and application of magnesium alloys in the human body. However, the corrosion resistance of magnesium alloys is poor, especially in the corrosive environment containing chloride ions, and the physiological environment of the human body is a demanding corrosive environment for the microstructure. Therefore, the study on the nature of magnesium alloys and the corrosion properties are studied. And the improvement of surface modification technology has become the key to solving the research of magnesium alloy in the field of biomaterials.
Keywords: Biomedical magnesium alloys; corrosion; flow field; protection
一、引言
随着经济的高速发展,人们的生活水平不断提高,在医疗卫生方面的需求也更为严格,对生物医用材料的需求也越来越多。根据医用材料的组成成分和特性大致可分为金属材料、高分子材料和复合材料、陶瓷材料等,但大多因其性能不能完全控制或会给人体造成二次伤害等无法满足临床应用要求,故可降解生物医用材料是目前研究的一大热点。
可降解生物医用材料是生物植入材料的一种,通过将材料植入人体不断降解后,逐步由人体器官和组织来代替。目前主要应用在骨组织修复材料,心血管支架等方面。从本世纪开始,以镁合金为代表的新一代可降解医用金属材料受到人们的广泛关注与研究。这类材料不仅继承了金属材料良好的机械性能和加工性能,同时可以在人体内降解。镁合金作为目前新型的生物医用材料,是可降解生物材料发展的重要组成,具有众多优势。由于其良好的生物相容性和力学性能及可降解性,镁合金被誉为革命性医用金属材料[1]。
镁元素在自然界中分布广泛,资源丰富,价格低廉,且相对容易提取;镁与镁合金的密度为1.7g/cm3左右,在所有结构材料中密度最小,且与人骨的密质骨密度极为接近;相比较其他金属,镁及镁合金有高的比强度和比钢度,且加工性能好;另外镁会参与体内一系列新陈代谢过程,包括骨细胞的形成,有加速骨愈合的能力等[2]。镁及镁合金作为外科植入材料的研究可追溯至1907年,早期临床应用已证实了镁金属作为医用材料的可行性,但后来这方面的研究都因为镁的耐蚀性差而被搁置[3]。
但镁及镁合金耐腐蚀性较差,尤其在含有Cl-的人体环境中更是如此,作为植入材料,往往因为腐蚀过快而过早丧失支撑功能,最终导致植入治疗失败。如何提高生物镁合金在人体环境中的耐腐蚀能力是解决镁合金作为生物医用材料最重要的一个问题。而目前解决这一问题的主要方法是通过合金化开发新型医用镁合金以及通过表面改性制备镁基复合材料两种途径。另外,国内外对于生物镁合金在人体环境中的腐蚀行为研究大多侧重于静态腐蚀,而人体是一个动态的循环系统,静态腐蚀研究显然不能准确反映镁合金在体内的腐蚀行为,并且已有文献报道镁合金在体内的腐蚀速率比体外腐蚀速率小4个数量级,甚至体内和体外腐蚀试验呈现相反的规律。因此研究生物镁合金在模拟体液中的动态腐蚀行为更接近镁合金在人体环境中的腐蚀行为,更有意义[4]。
镁合金腐蚀降解特性的研究:
2.1 镁合金腐蚀的种类:
金属腐蚀的种类很多,常见的腐蚀有电化学腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等,而镁合金在模拟人体体液中可能出现的腐蚀按腐蚀特性分电偶腐蚀、腐蚀疲劳等,也可按表面形貌分为均匀腐蚀和局部腐蚀。
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