固溶处理和表面改性对(HA+β-TCP)/Mg-Ca复合材料组织和性能的影响

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangnanshen
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与其它金属和聚合物植入材料相比,镁合金因具有良好的机械性能和生物相容性,在骨组织工程材料方面有很好的应用前景。但是,镁合金在人体环境中过快的降解速度限制了它们的临床应用,有效的解决方法之一是制备镁合金基复合材料。双相磷酸钙陶瓷(HA+β-TCP)结合了HA的优异生物活性和β-TCP的良好可吸收性,并且可以通过调整HA和β-TCP的比率来控制HA+β-TCP的降解速度,成为生物医用镁合金基复合材料中理想的增强相。基于此,本文首先采用有机泡沫浸渍法,制备了不同 HA/β-TCP比例的三维多孔HA+β-TCP,再利用真空吸铸法制备了(HA+β-TCP)/Mg-Ca相互渗透复合材料。然后,对复合材料分别进行固溶处理和表面改性,以改善其耐腐蚀性能。采用带能谱仪的扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、材料万能试验机、电化学工作站、体外浸泡实验和溶血率测试等分析测试方法对复合材料的微观组织、力学性能、耐腐蚀性能和血液相容性等进行研究。  研究结果表明,制备的(HA+β-TCP)/Mg-Ca复合材料为三维互通网络结构,基本实现了Mg-Ca合金在多孔HA+β-TCP中的渗透,固溶处理对复合材料的三维网络组织结构未造成太大影响,但在金属与陶瓷界面结合处发生了不同程度的氧化。经固溶处理后,Mg-Ca合金的压缩强度略有降低,复合材料的压缩强度为100MPa左右,基本可以满足植入材料的强度要求。  电化学测试结果表明,三种不同状态的复合材料在Hank’s溶液中的自腐蚀电位都高于Mg-Ca合金的,说明复合材料的耐腐蚀倾向优于Mg-Ca合金的,并且,经表面处理后,Mg-Ca合金和复合材料的耐腐蚀倾向分别好于未经处理和经固溶处理的Mg-Ca合金和复合材料。三种不同状态的复合材料在Hank’s溶液中的体外浸泡试验结果表明,Mg-Ca合金基体表面的腐蚀机制为晶间腐蚀;而复合材料则是由多种腐蚀机制(晶间腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀等)决定的,因而其降解速率快。Mg-Ca合金及其复合材料表面的主要腐蚀产物均为Mg(OH)2、TCP和HA。  溶血性测试结果表明,对于铸态(HA+β-TCP)/Mg复合材料,除 HA含量为20%和50%的以外,其它复合材料的溶血率都低于5%的溶血安全范围;经固溶处理后,HA含量为10%到40%的复合材料的溶血率低于5%,符合生物材料的溶血率安全范围;经表面改性后,HA含量为00%、10%、30%和50%的(HA+β-TCP)/Mg-Ca复合材料的溶血率低于5%,并且相对于铸态的和固溶处理后的复合材料,其溶血率更低;而(20HA+β-TCP)/Mg-Ca和(40HA+β-TCP)/Mg-Ca复合材料却表现出较高的溶血率。
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