生物医用金属材料的腐蚀与防护
2013-06-01 00:00:00
作者：高瑾 来源：《腐蚀防护之友》
动物试验研究结果表明，镁合金作为骨植入材料在动物体内仅存在较短时间（60~90d）就会降解消失，不能满足骨骼生长对力学性能的要求。同时，腐蚀造成镁离子浓度过高，氢气释放过多，形成皮下气肿，给患者带来痛苦。过快的腐蚀降解速度严重地制约了医用镁合金的推广和应用，也成为了亟待解决的关键性科学技术问题。
镁合金的纯度是影响镁合金耐蚀性能的最重要因素之一，尤其镁合金中的杂质含量，特别是有害元素的含量。
镁合金中所含杂质元素主要为铁、镍和铜。这些有害元素在镁的固溶度很小，与镁形成网状的晶界相， 在镁合金中表现出活跃的阴极特性，促进了镁合金表面微电池的形成，对镁合金的耐腐蚀性能有害。所以，大幅度降低镁合金中有害重金属杂质的含量，可有效提高镁合金的耐腐蚀性能。
另外，一些合金元素能够起到细化组织的作用，一般来说，对于活泼的镁合金基体，第二相多为阴极相，添加合金元素后，第二相得到细化，因此合金基体上大的阴极相变得细小弥散，降低了局部腐蚀倾向。
有研究结果表明，锌能够延长合金的钝化区间，并且提高合金的点蚀电位，在纯镁中添加锌元素能够显着降低合金的腐蚀速度，另外对含锌镁合金添加锰后合金的腐蚀速度继续降低。稀土元素也能够提高合金的耐蚀性能，在生物医用镁合金中研究较多的是钇。
M.Bobby Kannan等对含钙的AZ91镁合金进行研究，发现添加钙显着提高了镁合金抗点蚀能力， AZ91Ca合金的自腐蚀电流密度显着低于AZ91,在浸泡中AZ91Ca的表面膜厚度比AZ91高5倍。
任伊宾等研究表明，降低纯镁中杂质元素的含量和细化晶粒可以提高纯镁的开路腐蚀电位，降低腐蚀速率。
宋光铃等研究了含不同合金元素和纯度的镁合金在仿生溶液的腐蚀行为，认为含锌和少量锰的镁合金有成为可降解生物材料的潜力，Mg2Zn0.2Mn合金的氢气释放量大约在0.012ml/cm2/d,接近于可接受的水平（0.01ml/cm2/d）。
因此适当的铝、锌、锰及钇可以降低镁基材料腐蚀速率，而高纯镁亦有较好的抗腐蚀性，溶液中CL-的浓度和pH值直接影响镁基材料的腐蚀。
随着镁合金生物环境下腐蚀研究的深化，将带来镁合金在生物医用领域的广泛应用。
医用镍钛形状记忆合金
医用镍钛形状记忆合金的形状记忆恢复温度为36±2℃ ,符合人体温度，因此在生物医学应用上显示了优势，主要用于整形外科和口腔科，镍钛记忆合金应用最好的例子是自膨胀支架，特别是心血管支架。
镍钛形状记忆合金的在临床上表现出与不锈钢和钛合金相当的生物相容性。由于镍钛记忆合金中含有大量的镍元素， 其腐蚀或表面处理不当，其中的镍离子可能向周围组织扩散渗透。NiTi合金在生理盐水、Hanks溶液、人工模拟体液等环境中具有良好的耐蚀性。
在37℃ 的0.9%生理盐水中，将NiTi合金和316L不锈钢接触放置，结果发现316L不锈钢发生缝隙腐蚀。
在Hanks溶液中，与Co2Cr2MO和316L不锈钢对比研究发现NiTi合金的耐蚀性最好；将不锈钢和NiTi牙齿矫正丝放在人造唾液中，结果发现NiTi合金丝的耐腐蚀性能与不锈钢丝相差不多或更好；但有在1%NaCl溶液中，NiTi合金比Ti26Al24V更容易受到腐蚀，在NiTi合金表面有点蚀坑出现，认为可能由于NiTi合金中的Ni更容易受到选择性腐蚀。
Rondell 也印证了这个结论，他通过在0.9%NaC1溶液中对Ni-Ti-Cu、Ni-Ti和Ti-MO的耐蚀性能进行研究，发现Ni-Ti-Cu和Ni-Ti材料的耐局部腐蚀性能相近，Ti-MO合金具有最好的耐蚀性能，其在外加电位800mV以下不发生局部腐蚀现象。
生物医用金属材料的表面改性
针对生物医用金属材料的磨损和腐蚀，表面处理是目前采用最多的一种方法。并可利用表面改性技术来提高医用材料的生物相容性，近些年国内外的学者对此己经开展了较多的研究，尤其是对骨、齿等硬组织植入物，以及心血管金属支架的表面改性。
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