铁基合金的体外降解行为及生物相容性研究
发布时间：2022-02-09 22:10
生物可降解医用金属材料因其独特的性能受到人们的广泛关注,尤其是在血管支架植入及骨科植入物方面展现出广阔的应用前景。在已开发的生物可降解医用金属中,铁基合金因其具有良好的力学性能和生物相容性而引人注目。然而,其降解速率十分缓慢,难以满足临床应用的实际需求。因此,如何加快铁基合金的腐蚀速率成为生物可降解医用铁基合金必须面临的重要问题。基于此,本论文主要围绕可降解铁锰系列合金的力学性能、降解性能和生物相容性展开研究。通过水冷铜模快速凝固方式制备了Fe-30Mn-XAg（X=0,1,2,5,10 wt.%）系列合金,采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对其微观组织进行表征,发现其是由面心立方结构的奥氏体相和密排六方结构的马氏体相组成;通过透射电子显微镜（TEM）进一步对Fe-30Mn-5Ag合金中析出颗粒进行检测,发现其为Ag3Fe2相;通过压缩实验发现,Fe-30Mn-XAg系列合金力学性能与纯铁相比有了显著的提高,并且随着银含量的增加,其屈服强度也随之增加,这主要归因于晶界处析出的富银颗粒及晶粒尺寸发生细化的共同作用;通过在模拟体液...
【文章来源】：西南大学重庆市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可降解金属和腐蚀介质界面生物腐蚀示意图
图 1-4 镁合金设计中合金元素选择原则[20]Fig.1-4 Considerations of element selection for developing biodegradable Mg-based alloys[20].2.2 Mg-X 二元合金（1）Mg-Ca 系钙是人体的必须元素之一，对于人体代谢、细胞功能、神经系统运作、蛋白合成等起到至关重要的作用。人体中钙的含量占总体重的 1.5-2%，其中骨骼齿约占 99%[26]，Ca2+可以促进骨组织的愈合[27,28]。此外，Ca 也有利于镁合金粒细化，Ca 与 Mg 在元素周期表中同属于第二主族，在 Mg 中的固溶度相对，在平衡态下仅为 1.34%[29]。Mg-Ca 系合金主要是由 α(Mg)相和 Mg2Ca 相组0]，在热轧或热挤压后， Mg2Ca 相的晶粒尺寸发生细化，这有利于改善力学性耐腐蚀性[30]。根据 Drinda 等[31]的研究可知，挤压后的二元 Mg-Ca 合金强度a 含量增加而增加，但延展性却随之降低。Gu 等[32]发现与 Mg-3Ca 铸锭相比g-3Ca 合金条带的晶粒尺度更小，耐腐蚀性能更好。通过体外细胞毒性试验表g-1Ca 合金对小鼠成纤维细胞(L929)不产生细胞毒性[30]。
20 40 60 80 100 1(1) 20(0) 2(0) 31(1) 31(1) 2(0) 20(0) 1(1) 10(1) 10(3) 10(2) 10(3) 10(2) 10(1) 10(0) 2(0) 21(1) 20(0)nteIsitya.(.)u2θ (deg.) 1(0) 10(0)Fe-30MnFe-30Mn-1Ag α γ εPure Fe图 2-1 通过快速凝固方式制备的铸态纯铁及铁基合金的 XRD 图谱Fig.2-1 The XRD patterns of as-cast pure Fe and Fe-based alloys obtained by rapid solidification
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zn-xSr生物医用可降解材料的组织与性能[J]. 刘芳,陈霞,陈彬,朱宇荣,余礼平. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[2]Design of Fe–Mn–Ag Alloys as Potential Candidates for Biodegradable Metals[J]. Ruo-Yu Liu,Ran-Gan He,Li-Qun Xu,Sheng-Feng Guo. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(06)
[3]肌肉组织在骨修复中的作用[J]. 方幸,李世昌,徐帅. 中国骨质疏松杂志. 2017(10)
[4]可降解医用镁合金在骨修复应用中的研究进展[J]. 袁广银,牛佳林. 金属学报. 2017(10)
[5]可降解镁基金属的生物相容性研究进展[J]. 赵颖,曾利兰,梁涛. 金属学报. 2017(10)
[6]处在变革中的医用金属材料[J]. 郑玉峰,吴远浩. 金属学报. 2017(03)
[7]生物医用金属材料的研究应用现状及发展趋势[J]. 张永涛,刘汉源,王昌,程军,石瑾,王岚,于振涛. 热加工工艺. 2017(04)
[8]可降解铁基支架材料的研究进展[J]. 韩伟,张兴凯,郑玉峰,范德增. 材料导报. 2013(S2)
[9]生物可降解镁合金在心血管和骨科的研究进展[J]. 井永斌,庄金鹏,闫景龙. 生物骨科材料与临床研究. 2013(02)
[10]可降解铁基心血管支架材料的研究进展[J]. 徐文利,吴竞尧,谭丽丽,杨柯. 材料导报. 2012(01)
博士论文
[1]血管支架用Mg-Zn-Y-Nd合金的体外生物相容性及表面改性研究[D]. 刘小丽.北京科技大学 2015
硕士论文
[1]可降解镁基金属的耐蚀性能和抗菌性能研究[D]. 梁涛.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2017
本文编号：3617725
【文章来源】：西南大学重庆市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可降解金属和腐蚀介质界面生物腐蚀示意图
图 1-4 镁合金设计中合金元素选择原则[20]Fig.1-4 Considerations of element selection for developing biodegradable Mg-based alloys[20].2.2 Mg-X 二元合金（1）Mg-Ca 系钙是人体的必须元素之一，对于人体代谢、细胞功能、神经系统运作、蛋白合成等起到至关重要的作用。人体中钙的含量占总体重的 1.5-2%，其中骨骼齿约占 99%[26]，Ca2+可以促进骨组织的愈合[27,28]。此外，Ca 也有利于镁合金粒细化，Ca 与 Mg 在元素周期表中同属于第二主族，在 Mg 中的固溶度相对，在平衡态下仅为 1.34%[29]。Mg-Ca 系合金主要是由 α(Mg)相和 Mg2Ca 相组0]，在热轧或热挤压后， Mg2Ca 相的晶粒尺寸发生细化，这有利于改善力学性耐腐蚀性[30]。根据 Drinda 等[31]的研究可知，挤压后的二元 Mg-Ca 合金强度a 含量增加而增加，但延展性却随之降低。Gu 等[32]发现与 Mg-3Ca 铸锭相比g-3Ca 合金条带的晶粒尺度更小，耐腐蚀性能更好。通过体外细胞毒性试验表g-1Ca 合金对小鼠成纤维细胞(L929)不产生细胞毒性[30]。
20 40 60 80 100 1(1) 20(0) 2(0) 31(1) 31(1) 2(0) 20(0) 1(1) 10(1) 10(3) 10(2) 10(3) 10(2) 10(1) 10(0) 2(0) 21(1) 20(0)nteIsitya.(.)u2θ (deg.) 1(0) 10(0)Fe-30MnFe-30Mn-1Ag α γ εPure Fe图 2-1 通过快速凝固方式制备的铸态纯铁及铁基合金的 XRD 图谱Fig.2-1 The XRD patterns of as-cast pure Fe and Fe-based alloys obtained by rapid solidification
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zn-xSr生物医用可降解材料的组织与性能[J]. 刘芳,陈霞,陈彬,朱宇荣,余礼平. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[2]Design of Fe–Mn–Ag Alloys as Potential Candidates for Biodegradable Metals[J]. Ruo-Yu Liu,Ran-Gan He,Li-Qun Xu,Sheng-Feng Guo. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(06)
[3]肌肉组织在骨修复中的作用[J]. 方幸,李世昌,徐帅. 中国骨质疏松杂志. 2017(10)
[4]可降解医用镁合金在骨修复应用中的研究进展[J]. 袁广银,牛佳林. 金属学报. 2017(10)
[5]可降解镁基金属的生物相容性研究进展[J]. 赵颖,曾利兰,梁涛. 金属学报. 2017(10)
[6]处在变革中的医用金属材料[J]. 郑玉峰,吴远浩. 金属学报. 2017(03)
[7]生物医用金属材料的研究应用现状及发展趋势[J]. 张永涛,刘汉源,王昌,程军,石瑾,王岚,于振涛. 热加工工艺. 2017(04)
[8]可降解铁基支架材料的研究进展[J]. 韩伟,张兴凯,郑玉峰,范德增. 材料导报. 2013(S2)
[9]生物可降解镁合金在心血管和骨科的研究进展[J]. 井永斌,庄金鹏,闫景龙. 生物骨科材料与临床研究. 2013(02)
[10]可降解铁基心血管支架材料的研究进展[J]. 徐文利,吴竞尧,谭丽丽,杨柯. 材料导报. 2012(01)
博士论文
[1]血管支架用Mg-Zn-Y-Nd合金的体外生物相容性及表面改性研究[D]. 刘小丽.北京科技大学 2015
硕士论文
[1]可降解镁基金属的耐蚀性能和抗菌性能研究[D]. 梁涛.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2017
本文编号：3617725
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