用于生物材料的铁基块体非晶态合金的制备及其性能研究

发布时间：2017-09-14 22:41

本文关键词：用于生物材料的铁基块体非晶态合金的制备及其性能研究

【摘要】：Fe基块体非晶态合金(金属玻璃)作为一种潜在的生物医用材料,除具有高强度、高硬度和良好的耐腐蚀性能外,与Ti基、Zr基、Mg基和Ca基相比,还具有原料成本低的特点。本论文尝试发展新的应用于生物材料的Fe基块体非晶态合金,主要工作包括以下两部分。第一部分:结合Fluxing提纯技术和J-Quenching技术,成功制备了临界尺寸达6 mm的Fe80-x-yCrxMoyP13C7(x=10,y=10 at.%;x=20,y=5 at.%;x=20,y=10 at.%)块体非晶态合金。测试在Hank’s溶液(PH=7.4)中和人工唾液(PH=6.3)中的抗腐蚀性(测试在37?C恒温水浴槽中进行),并对极化后的离子浓度释放情况以及在小鼠胚胎成纤维细胞(NIH3T3)中的生物相容性进行了测试和研究。结果表明:制备的Fe基块体非晶态合金的抗腐蚀性能明显优于医用不锈钢(316L SS),与商业医用Ti合金Ti6Al4V(TC4)的抗腐蚀性能相近;制备的Fe基块体非晶态合金和TC4的离子释放量明显底于316L SS;制备的Fe基块体非晶态合金比TC4和316L SS有更好的生物相容性;在制备的Fe基块体非晶态合金中,Fe55Cr20Mo5P13C7体现了最优异的性能。第二部分:为了进一步提高作为生物材料的性能,以第一部分工作中发展的Fe55Cr20Mo5P13C7(标记为Co0)块体非晶态合金为基础,用Co元素来部分替换其中的Fe元素,由此制备出Fe45Co10Cr20Mo5P13C7(标记为Co10)和Fe35Co20Cr20Mo5P13C7(标记为Co20)块体非晶态合金。对获得的Co0、Co10和Co20块体非晶态合金进行与第一部分工作相同的性能测试和分析,从而了解Co替换Fe对样品作为生物材料性能的影响。结果表明:在Hank’s溶液中的抗腐蚀性能从强到弱的顺序依次为是Co0、Co20和Co10,在人工唾液中的抗腐蚀性能从强到弱的顺序依次为是Co20、Co0和Co10。同时,结果也表明Co元素的添加对块体非晶态合金的抗腐蚀性影响并不明显。生物相容性从好到差的顺序依次为Co0、Co10和Co20。这表明随着Co元素含量的增大,生物相容性变差,这可能归因于,与Fe相比,Co元素有较大的毒性。
【关键词】：Fe基块体非晶态合金 抗腐蚀性 生物材料 离子浓度释放 生物相容性
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.8
【目录】：

摘要2-4
Abstract4-8
第一章引言8-27
1.1 生物医用材料8-14
1.1.1 医用金属9-12
1.1.2 医用陶瓷12-13
1.1.3 医用高分子材料13-14
1.2 块体非晶态合金的发展历程及性能应用14-16
1.2.1 块体非晶态合金的发展历程14-15
1.2.2 块体非晶态合金的性能及应用15-16
1.3 有前景作为生物材料的块体非晶态合金16-19
1.3.1 Ti基块体非晶17-18
1.3.2 Zr基块体非晶18-19
1.3.3 Ca基、Mg基块体非晶19
1.3.4 Fe基块体非晶19
1.4 选题的意义与研究内容19-22
参考文献22-27
第二章实验过程27-33
2.1 样品的制备27
2.2 样品的结构表征与热力学表征27-28
2.2 机械性能测试28
2.3 电化学测试28
2.4 FE-SEM和SEM测试28-29
2.5 ICP测试29
2.6 细胞培养29
2.7 细胞成活率测试29-30
2.8 细胞附着情况30-32
参考文献32-33
第三章 Fe_(80-x-y)Cr_xMoyP_(13)C_7块体金属玻璃的制备及其用于生物材料的性能研究33-50
3.1 引言33-34
3.2 样品的表征34-44
3.2.1 样品的非晶结构34-35
3.2.2 样品的热稳定性分析35-36
3.2.3 机械性能36-37
3.2.4 电化学腐蚀测试37-41
3.2.5 离子浓度释放41-42
3.2.6 生物相容性42-44
3.3 本章小结44-46
参考文献46-50
第四章研究Co元素替换Fe_(55)Cr_(20)Mo_5P_(13)C_7块体金属玻璃中的Fe元素对其生物性能的影响50-62
4.1 引言50-51
4.2 样品的表征51-60
4.2.1 样品的非晶结构51
4.2.2 样品的热力学性能分析51-52
4.2.3 机械性能表征52-53
4.2.4 电化学腐蚀分析53-56
4.2.5 离子释放情况56-58
4.2.6 生物相容性分析58-60
4.3 本章小结60-61
参考文献61-62
第五章工作总结与展望62-65
5.1 工作总结62-63
5.1.1 Fe_(80-x-y)Cr_xMoyP_(13)C_7块体金属玻璃的制备及其用于生物材料的性能研究62-63
5.1.2 研究Co元素替换Fe_(55)Cr_(20)Mo_5P_(13)C_7块体金属玻璃中的Fe元素对其生物性能的影响63
5.2 工作中的不足与展望63-65
5.2.1 工作中的不足63-64
5.2.2 展望64-65
附录65-66
致谢66-67

【共引文献】

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