AZ31镁合金在Hank_s模拟体液中的腐蚀行为研究 - 副本

AZ31镁合金在Hank’s模拟体液中的腐蚀行为研究

邓希光,王伟强,齐　民

(大连理工大学,材料科学与工程学院,辽宁大连116024)

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摘　要:　研究了AZ31镁合金在Hank’s模拟体液中

的腐蚀行为,包括腐蚀形貌、腐蚀速度和腐蚀电化学特征参数。通过扫描电子显微镜(SEM)比较了不同腐蚀环境中镁合金样品的腐蚀形貌特征。利用失重法测量了镁合金的腐蚀速度,并依此分析了Hank’s模拟体液中各成分对镁合金腐蚀速度的影响。测量并分析了不同pH值下的动电位动态极化曲线。结果表明,镁合金在Hank’s模拟体液中的腐蚀主要为氯离子引起

-的点蚀;H2PO4-和HPO2具有缓蚀作用;pH值的升4

高可以提高镁合金腐蚀反应的自腐蚀电位,反应的热力学倾向,,而降低了腐蚀速度。关键词:　镁合金;;;p值中图分类号:文献标识码:A

文章编号:100129731(2009)1121884204

义。

本文利用Hank’s体液模拟人体液环境,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了镁合金在人体液环境中的腐蚀形貌特点,通过失重法比较了人体液环境中各成分对镁合金腐蚀速度的影响,通过电化学工作站研究了pH值对镁合金的腐蚀电化学行为的影响。

2　实　2.1　引　言

镁合金较差的抗腐蚀性能限制了其在机械工程领

域的应用,却为一种可在人体内安全降解的生物医用材料的开发提供了基本思路:将镁合金医疗器械,例如镁合金接骨钉或镁合金血管支架,植入人体后,该植入器件会随着病变组织的愈合逐渐降解至消失[1～4]。这样一来,既消除了长期植入带来的病变处发炎及其它不良反应,又避免了二次手术给病人带来的痛苦和危险[5]。德国Biotronic公司开发的可吸收金属支架(AMS)由镁合金制成,植入后2～4个月可被人体吸收。将AMS支架植入婴儿左肺动脉后的临床研究表明,该支架在植入初期的内皮化迅速,新生内膜增殖度低,炎症反应轻微。最重要的是,具有降解性能的AMS支架不会影响婴儿肺动脉血管的自然生长。该研究肯定了镁合金植入器件的临床效果和应用前景,同时也指出镁合金在人体内腐蚀速度偏快,需要进一步控制[6]。

国内外学者广泛研究了镁合金在自然环境和工业环境中的腐蚀速度和影响因素,但对镁合金在人体液环境中的腐蚀行为的报道较少[7,8]。人体液环境成分复杂,包含有多种金属阳离子、阴离子团和有机高分子物质。因此,研究人体液环境中各成分对镁合金腐蚀行为的影响对进一步控制镁合金的腐蚀速度有重要意

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AZ31镁合金,)为,铝3%,锌1%,锰0.2%,其余为镁。在进行实验之前,先将镁合金样品在300℃下退火处理2h,之后空冷,以得到均匀的α固溶相。图1为退火处理后的AZ31镁合金样品经腐蚀剂(硝酸1ml,草酸1g,蒸馏水150ml)处理后得到的光学金相显微图片。本研究所用的Hank’s模拟体液和其他试验溶液均由分析级化学试剂和蒸馏水制备而成

。

图1　经退火处理(300℃,2h,空冷)的AZ31镁合金金

相显微照片

Fig1Opticalmicrographoftheheat2treated(300℃,

2h,aircooled)AZ31magnesiumalloy2.2　浸泡实验和腐蚀形貌观察

首先,将上述退火态AZ31变形镁合金板加工成若干个尺寸为10mm×10mm×2mm的浸泡实验样品。样品各面均打磨至1500#水砂纸,并在丙酮中超声清洗10min后自然风干。然后,将样品分别浸泡在Hank’s模拟体液和溶液A中,其具体成分如表1所示。每个样品在室温下1L溶液中浸泡48h后,根据式(1)计算样品的腐蚀速度。并通过扫描电子显微镜(JSM25600LV,日本电子)观察样品在Hank’s模拟体液和溶液A中浸泡10天的腐蚀形貌。

V=

T A

(1)

收到初稿日期:2009203209收到修改稿日期:2009206219　　　　通讯作者:齐　民

()作者简介:邓希光　1984-,男,河北石家庄人,在读博士,师承齐民教授,主要从事生物医用镁合金材料的研究。

　　式中,M0为样品浸泡前的质量;Mt为样品浸泡后并除去腐蚀产物的质量;T为样品的浸泡时间;A为样品的表面积。浸泡后样品表面的腐蚀产物通过在成分为200g/LCrO3,10g/LAgNO3的清洗液中超声清洗5min后去除[3]。

基于样品在Hank’s模拟体液和溶液A中的浸泡实验结果,按照相同的参数设置,进一步测量了样品在溶液A+NaHCO3、A+KH2PO4、A+Na2HPO4 12H2O、A+MgSO4 7H2O和A+C6H6O6中的腐蚀速度,以确定各成分对腐蚀速度的影响情况,溶液成分如表2所示。

表1　Hank’s模拟体液和溶液A的成分Table1CompositionsofHank’ssolutionandsolu2

tionA

浓度(g/L)

NaClKClCaCl2

MgCl2 6H2ONaHCO3KH2PO4

Na2HPO4 12H2OMgSO4 7H2OHank’s8.00.40.140.10.350.060.060.06溶液A

8.00.40.140.1————表2　溶液A+NaHCO3、A+KH2PO4、A+Na2HPO4 12H2O、A+MgSO4 7H2OA+C6H6O6的成分Table2CompositionsofA+NaHCO3,A+KH2PO4,A+Na2H 12H2,4 7H2OandA+

C6H6O6

浓度(g/L)

NaClKClCaCl2

MgCl2 6H2ONaHCO3KH2PO4

Na2HPO4 12H2OMgSO4 7H2O

666

A+NaHCO3

8.040.10.35———A+KH2PO

00.4140.1—0.06——+12O47H2O

8.0.40.14

0.1——0.06—8.00.40.140.1———0.06A+C6H6O6

8.00.40.140.1————2.3　电化学极化实验

采用常规的三电极法,测定样品的动电位动态极化曲线。其中,辅助电极为铂片,参比电极为饱和甘汞电极,电位扫描速度设为30mV/min。每个AZ31镁合金极化实验样品都需打磨至1500#水砂纸,然后用粒度为0.5的金刚石抛光剂经金丝绒抛光布抛出光亮表面,再经丙酮超声清洗10min并自然风干,最后用环氧树脂包覆样品,只留 …… 此处隐藏：5929字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……