《多孔鎂合金生物材料製備方法及性能強化機制研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由王幸福擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多孔鎂合金生物材料製備方法及性能強化機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王幸福
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為新型可降解金屬材料，多孔鎂因其良好的生物相容性、力學相容性以及有利於細胞長入的孔結構，在骨組織工程領域展現出巨大的套用潛力。目前存在的瓶頸是如何有效調控多孔鎂力學性能及降解速率，使其達到服役要求。合金化強化方法是解決該問題的根本途徑。本項目擬在Mg-1.5Mn耐蝕鎂合金基礎上，添加Zn、Ca等合金元素，採用革新的滲流製備方法，獲得系列多組元多孔鎂合金；測試材料準靜態壓縮性能，澄清材料孔結構、合金物相組織與力學性能的對應關係；考察材料在仿生體液中的腐蝕方式與降解速率，探索其力學性能演化規律；深入分析材料表面腐蝕層形貌、物相組織、化學態等信息，揭示多孔鎂合金降解機理；探討材料孔結構、合金物相組織對多孔鎂合金降解行為的影響，闡明其合金化性能強化機制，為多孔鎂合金的設計及其在生物臨床上的套用提供理論依據與技術指導。
結題摘要
作為新型可降解金屬材料，多孔鎂合金因其優異的生物相容性、力學可調性以及利於細胞長入的孔結構，在骨組織工程領域展現出巨大的套用潛力。項目針對多孔鎂滲流製備、性能強化以及可控降解等材料基礎問題，分別採用引入粉體成型技術製取球形易溶填料、合金化強化以及表面製備熱蒸鍍鋅合金層等方法，相繼解決了多孔鎂後續脫溶困難引起基體腐蝕、多孔化後材料強度不足、降解速率過快等關鍵瓶頸問題。研究發現，團粒法獲得的球形易溶填料，因其存在大量孔隙結構，其水溶潰散時間較原生NaCl顆粒降低上百倍，真空滲流後製備的球形孔多孔鎂表面清潔、無異相殘餘，其力學性能具有各相同性；多孔鎂及其合金壓縮應力應變曲線呈現出典型的塑性泡沫金屬變形模式，即由孔棱彈性變形而形成的彈性區，因孔壁彎曲坍塌而產生的平台區以及應力急劇上升造成的硬化區組成，寬闊的平台區可發揮較好的應力承載作用；材料壓縮強度可通過構型（孔徑、孔隙率）、組織（合金化、熱處理）控制進行強化，添加0.94wt.%Mn、4.85wt.%Zn、0.12wt.%Ca合金元素並經固溶時效處理後，材料壓縮強度及彈性模量較多孔鎂分別提高約3.2、17.5倍，其主要強化機制為固溶、彌散強化；Mg-Mn-Zn-Ca系多孔鎂合金在SBF中降解速率較多孔鎂可降低5倍以上，但添加Ca等元素對其化學電位影響較小，且固溶強化後，材料電位（-1.87eV）較均勻化退火樣品（-1.62eV）有所降低，材料表現為均勻腐蝕；採用熱蒸鍍法在多孔鎂表面製備鋅合金層可有效調控複合多孔鎂合金降解性能，通過變換試樣在蒸鍍管中的位置（調控沉積溫度），可獲得不同組織的富鋅合金層，當沉積優於擴散反應時，鍍層以α-Zn為主，材料耐蝕性能大大提高，浸蝕144h後，其降解速率為多孔鎂樣品的1/10，而熱擴散型鎂鋅鍍層，因共晶相形成，形成電偶腐蝕，其降解速率反而提高，因此，該方法為調控多孔鎂合金耐蝕性能提供了有效途徑。上述工作及成果為多孔鎂合金骨組織工程支架的設計及其在生物臨床上的套用提供了材料支持與理論基礎。
