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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 可降解生物医用高分子材料 2

1.2.1 天然可降解高分子材料 2

1.2.2 微生物合成高分子材料 4

1.2.3 化学合成可降解高分子材料 5

1.3 可降解生物陶瓷材料 14

1.3.1 生物陶瓷材料简介 14

1.3.2 可生物降解与吸收陶瓷 14

1.4 可降解生物医用金属材料 17

1.4.1 可降解纯铁 17

1.4.2 可降解锌基合金 18

1.4.3 可降解纯镁及其合金 18

1.5 本书的主要内容 26

第2章 试验材料、设备及方法 28

2.1 试验材料 28

2.1.1 镁合金原材料 28

2.1.2 Mg合金熔炼覆盖熔剂的化学成分 28

2.1.3 纯镁及镁合金金相试样的化学抛光液和浸蚀剂 28

2.1.4 微弧氧化电解液的化学组成 29

2.1.5 制备羟基磷灰石的化学试剂 29

2.1.6 材料耐蚀性检测试剂 29

2.1.7 溶血试验所用的试剂 30

2.2 试验设备 31

2.2.1 镁合金熔炼制备设备 31

2.2.2 镁合金热处理及机械性能测试设备 31

2.2.3 纯镁表面合成MgO薄膜制备设备 31

2.2.4 制备羟基磷灰石制备设备 32

2.2.5 纯镁及镁合金表面微弧氧化设备 32

2.2.6 材料显微组织观察及相结构分析仪器 32

2.2.7 材料耐蚀性检测仪器设备 33

2.2.8 陶瓷涂层TG-DSC分析设备 33

2.2.9 材料溶血试验仪器设备 33

2.3 试验方法 33

2.3.1 镁合金的熔炼 33

2.3.2 镁合金的热处理 34

2.3.3 镁合金的力学性能测试 35

2.3.4 纯镁表面MgO薄膜的合成与制备 36

2.3.5 羟基磷灰石的制备 36

2.3.6 纯镁及Mg-Zn合金的微弧氧化 37

2.3.7 材料的显微组织观察与相结构分析 38

2.3.8 材料的耐蚀性测试 39

2.3.9 材料的溶血试验 40

2.4 小结 41

第3章 镁锡合金的设计与制备 42

3.1 引言 42

3.1.1 镁的常见性质 42

3.1.2 镁的生物特性 43

3.2 镁锡合金的成分设计 43

3.2.1 目的 43

3.2.2 合金设计的元素选择 44

3.2.3 合金成分的确定 47

3.3 镁合金的制备 47

3.3.1 镁熔炼中的化学反应 47

3.3.2 镁合金熔炼中的阻燃保护 50

3.4 小结 53

第4章 镁锡合金的微观组织及力学性能的研究 54

4.1 镁锡合金成分相及微观组织结构分析 54

4.1.1 镁锡合金成分及其相结构分析 54

4.1.2 镁锡合金微观组织分析 55

4.2 合金力学性能研究 57

4.2.1 镁合金力学性能检测结果 57

4.2.2 镁锡合金力学性能分析 59

4.3 小结 60

第5章 镁锡合金在模拟体液中Ca/P沉积行为的研究 61

5.1 镁锡合金模拟体液培养前预处理 61

5.1.1 镁锡合金模拟体液培养前碱处理结果及分析 61

5.1.2 镁锡合金模拟体液培养前碱热处理结果及分析 64

5.2 镁合金在模拟体液培养中的Ca/P沉积行为 66

5.2.1 直接模拟体液培养镁合金的Ca/P沉积结果及分析 66

5.2.2 碱处理后模拟体液培养镁合金的Ca/P沉积结果及分析 68

5.2.3 碱热处理后模拟体液培养镁合金的Ca/P沉积结果及分析 72

5.3 小结 76

第6章 镁锡合金生物降解行为的研究 77

6.1 引言 77

6.1.1 镁合金腐蚀的基本特征 77

6.1.2 电化学腐蚀相关理论 78

6.2 镁合金电化学腐蚀的测定 80

6.2.1 镁合金的电化学腐蚀反应 80

6.2.2 电化学试验结果及分析 80

6.2.3 镁锡合金电化学腐蚀表面形貌 81

6.3 镁合金在模拟体液降解行为的研究 82

6.3.1 直接模拟体液浸泡酸碱度的变化和质量损失规律 82

6.3.2 碱预处理合金模拟体液浸泡酸碱度的变化和质量损失规律 84

6.3.3 碱热处理合金模拟体液浸泡酸碱度的变化和质量损失规律 89

6.4 小结 96

第7章 通过热处理方法在纯镁表面制备MgO薄膜及其耐蚀性 98

7.1 纯镁表面MgO薄膜的表征 98

7.1.1 引言 98

7.1.2 MgO薄膜的表面形貌和化学成分分析 99

7.2 纯镁表面MgO薄膜的耐蚀性研究 100

7.2.1 电化学极化曲线 100

7.2.2 浸泡试验 101

7.2.3 MgO薄膜耐蚀性的分析与讨论 103

7.3 小结 104

第8章 微弧氧化陶瓷涂层在基础电解液中的生长特征和耐蚀性研究 105

8.1 微弧氧化基础电解液配方和微弧氧化工艺参数的确定 105

8.1.1 微弧氧化基础电解液成分的选择 105

8.1.2 微弧氧化基础电解液的配方和电流密度的确定 105

8.1.3 温度对微弧氧化过程的影响 107

8.2 微弧氧化陶瓷涂层在基础电解液中的生长过程研究 108

8.2.1 25℃时微弧氧化陶瓷涂层在基础电解液中的生长过程 108

8.2.2 20℃时微弧氧化陶瓷涂层在基础电解液中的生长过程 113

8.2.3 微弧氧化陶瓷涂层的相结构 117

8.2.4 微弧氧化陶瓷涂层的生长过程讨论 118

8.3 在基础电解液中制备的微弧氧化陶瓷涂层的耐蚀性 120

8.3.1 25℃制备的微弧氧化陶瓷涂层的耐蚀性 120

8.3.2 20℃制备的微弧氧化陶瓷涂层的耐蚀性 122

8.3.3 20℃和25℃制备的微弧氧化陶瓷涂层在模拟体液中极化曲线的电化学参数比较 123

8.3.4 微弧氧化陶瓷涂层在模拟体液中的耐蚀性讨论 125

8.4 小结 128

第9章 添加剂对纯镁微弧氧化陶瓷涂层显微结构和性能的影响 129

9.1 三乙醇胺对纯镁微弧氧化陶瓷涂层显微结构和耐蚀性的影响 129

9.1.1 三乙醇胺对微弧氧化电压的影响 129

9.1.2 三乙醇胺对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 130

9.1.3 微弧氧化时间对陶瓷涂层耐蚀性的影响 131

9.1.4 封孔处理对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 133

9.1.5 微弧氧化陶瓷涂层的显微结构观察 134

9.2 CaO粉末对纯镁微弧氧化陶瓷涂层显微结构和耐蚀性的影响 137

9.2.1 单独添加CaO粉末对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 137

9.2.2 混合添加CaO粉末和三乙醇胺对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 139

9.2.3 封孔处理对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 141

9.2.4 微弧氧化陶瓷涂层的显微结构 142

9.3 CaCO3粉末对纯镁微弧氧化陶瓷涂层显微结构和耐蚀性的影响 144

9.3.1 单独添加CaCO3粉末对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 144

9.3.2 混合添加CaCO3粉末和三乙醇胺对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 146

9.3.3 封孔处理对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 148

9.3.4 微弧氧化陶瓷涂层的显微结构 149

9.4 羟基磷灰石粉末对纯镁微弧氧化陶瓷涂层显微结构和耐蚀性的影响 151

9.4.1 羟基磷灰石粉末的制备和表征 151

9.4.2 单独添加HA粉末对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 153

9.4.3 混合添加HA粉末和三乙醇胺对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 154

9.4.4 封孔处理对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 156

9.4.5 微弧氧化涂层的显微结构观察 157

9.5 模拟体液浸泡试验 159

9.5.1 浸泡过程中模拟体液pH的变化 159

9.5.2 浸泡不同时间后试样的表面形貌 162

9.5.3 试样在模拟体液浸泡过程中的腐蚀速率 168

9.6 陶瓷涂层的显微硬度、相结构和血液相容性评价 169

9.6.1 微弧氧化陶瓷涂层的显微硬度 169

9.6.2 微弧氧化陶瓷涂层的相结构 169

9.6.3 微弧氧化陶瓷涂层的血液相容性评价 175

9.7 添加剂粉末参与微弧氧化陶瓷涂层生长机理 175

9.8 小结 176

第10章 生物医用Mg4Zn合金微弧氧化陶瓷涂层的制备及性能研究 178

10.1 Mg4Zn合金的显微组织、力学性能及其在模拟体液中的耐蚀性 178

10.1.1 Mg4Zn合金的显微组织 178

10.1.2 Mg4Zn合金的基本力学性能 181

10.1.3 Mg4Zn合金在模拟体液中的耐蚀性 182

10.2 Mg4Zn合金在基础电解液中微弧氧化处理后的显微组织和耐蚀性 184

10.2.1 铸态Mg4Zn合金在基础电解液中进行微弧氧化处理对耐蚀性的影响 184

10.2.2 固溶态Mg4Zn合金在基础电解液中进行微弧氧化对耐蚀性的影响 186

10.2.3 封孔处理对固溶态Mg4Zn合金微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 188

10.2.4 微弧氧化陶瓷涂层的显微结构观察 189

10.3 三乙醇胺对Mg4Zn合金微弧氧化陶瓷涂层显微组织和耐蚀性的影响 190

10.3.1 三乙醇胺对微弧氧化电压的影响 190

10.3.2 三乙醇胺对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 191

10.3.3 封孔处理对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 192

10.3.4 微弧氧化陶瓷涂层的显微结构观察 193

10.4 CaO粉末对Mg4Zn合金微弧氧化陶瓷涂层显微组织和耐蚀性的影响 194

10.4.1 添加CaO粉末对微弧氧化电压的影响 195

10.4.2 添加CaO粉末对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 195

10.4.3 封孔处理对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 196

10.4.4 微弧氧化陶瓷涂层的显微结构观察 197

10.5 CaCO3粉末对Mg4Zn合金微弧氧化陶瓷涂层显微组织和耐蚀性的影响 199

10.5.1 添加CaCO3粉末对微弧氧化电压的影响 200

10.5.2 添加CaCO3粉末对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 200

10.5.3 封孔处理对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 202

10.5.4 微弧氧化陶瓷涂层的显微结构 203

10.6 HA粉末对Mg4Zn合金微弧氧化陶瓷涂层显微组织和耐蚀性的影响 204

10.6.1 添加HA粉末对微弧氧化电压的影响 205

10.6.2 添加HA粉末对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 205

10.6.3 封孔处理对微弧氧化陶瓷涂层耐蚀性的影响 206

10.6.4 微弧氧化陶瓷涂层的显微结构观察 207

10.7 模拟体液浸泡试验 209

10.7.1 浸泡过程中模拟体液pH的变化 209

10.7.2 浸泡不同时间后试样的表面形貌 211

10.7.3 试样在模拟体液浸泡过程中的腐蚀速率 217

10.8 陶瓷涂层的显微硬度、相结构和血液相容性评价 217

10.8.1 微弧氧化陶瓷涂层的显微硬度 217

10.8.2 微弧氧化陶瓷涂层的相结构 218

10.8.3 微弧氧化陶瓷涂层的溶血率 222

10.9 小结 223

第11章 结论 224

参考文献 227