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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