【摘 要】
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铁基生物可降解金属以其具有良好的力学性能、生物相容性和良好的可降解性等优点,已逐步成为生物可降解材料的研究热点。但是,现有工艺制备的铁基生物可降解金属的降解速率较慢和临床需求不一致,因此,研究制备工艺、改善其降解速率是本研究的主要目的。合金化是一种可以有效提高铁基金属降解速率的方法,添加一些特定的合金元素,除了有望提高铁基合金的降解速率,还可以改善其力学性能。电铸技术作为一种很成熟的技术,可以在复
【基金项目】
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河南省基础研究项目(162300410025);
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铁基生物可降解金属以其具有良好的力学性能、生物相容性和良好的可降解性等优点,已逐步成为生物可降解材料的研究热点。但是,现有工艺制备的铁基生物可降解金属的降解速率较慢和临床需求不一致,因此,研究制备工艺、改善其降解速率是本研究的主要目的。合金化是一种可以有效提高铁基金属降解速率的方法,添加一些特定的合金元素,除了有望提高铁基合金的降解速率,还可以改善其力学性能。电铸技术作为一种很成熟的技术,可以在复杂的基底上沉积金属层,通过控制各种工艺参数以实现特定功能结构的沉积。电铸设备较简单、易于操作、成本低廉,制备的合金组织和晶粒形态优良。因此,研究适合的可降解合金的制备工艺和可降解机理为临床生物植入物的生产提供了可能的技术支持。本研究采用电铸法制备生物可降解铁锌合金,优化了电铸工艺过程,对铁锌合金的共沉积机理进行了初步的探讨,研究不同工艺参数对铁锌合金含量、表面微观结构及力学性能的影响,在模拟体液中对各种含量的铁锌合金进行体外静态浸泡试验,研究了铁锌合金的降解行为和机理。电铸铁锌合金试验结果表明:当电流密度较低(<0.4A/dm2)时,主要发生铁的沉积,电流密度升高,合金中铁含量逐渐接近于溶液中铁离子含量;当p H为4,5时,获得锌的最大沉积量;降低p H,增加溶液中总金属离子浓度,电沉积物中铁含量逐渐升高,趋近于恒定值。通常,铁倾向于在较高的温度,较低的p H值和较高的总金属离子浓度下沉积。适宜铁沉积的温度是60℃,在这个温度下,属于正常共沉积。铁锌合金的共沉积过程中存在电流密度过渡值,电流密度过渡值随着温度的升高而增加,随着p H值的增加而降低,并且随着总金属离子浓度的增加而线性增加。电铸铁锌合金力学性能(ULS>360MPa,YS>280MPa)均高于人体骨骼,满足作为骨植入物所要求的力学性能要求。铁锌合金的体外降解试验结果表明:电铸铁锌合金的体外降解速率与含铁量的多少有关;随着铁含量的增高,合金的降解速率减缓,总体降解速率均高于电铸纯铁;铁锌合金在模拟体液中的降解是均匀腐蚀的,腐蚀从铁锌合金的表面缺陷处开始腐蚀,但随着腐蚀时间的增长,腐蚀产物发生堆积,腐蚀开始转变为均匀腐蚀。电铸铁锌合金腐蚀产物应该为Zn O、Fe3O4等的混合物,随着腐蚀时间的延长,腐蚀速率趋于保持平稳、保持不变,约为0.26mm year-1。
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