低锌含量对可降解Mg-Zn-Y-Zr合金耐腐蚀性和生物相容性的影响

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Effect of low Zn content on corrosion resistance and biocompatibility of biodegradable Mg-Zn-Y-Zr alloys

镁合金腐蚀与生物相容性研究：通过调控Zn含量优化Mg-1Zn-0.5Y-0.5Zr、Mg-2Zn-0.5Y-0.5Zr和Mg-3Zn-0.5Y-0.5Zr合金的微观结构，发现Zn含量增加细化晶粒并形成纳米针状I相。腐蚀产物层含Mg(OH)?、Zn(OH)?、CaCO?和羟基磷灰石，其中ZW305K合金（含3%Zn）腐蚀速率最低（4.1 mm·a?1），极化电阻达874.5 Ω·cm2，腐蚀电流密度0.104 mA·cm?2。细胞实验显示Zn添加使合金细胞存活率＞80%，证实其生物相容性。摘要

　　

摘要

尽管镁合金的降解性和生物安全性使其在生物应用中具有优势，但由于腐蚀问题，由镁合金制成的医疗植入物往往过早失效。因此，提高镁合金的耐腐蚀性已成为合金设计过程中的一个紧迫问题。在本研究中，我们设计并制备了Mg-xZn-0.5Y-0.5Zr（x = 1、2 和 3，重量百分比）合金，并通过扫描电子显微镜、能量分散光谱法和X射线衍射对其表面结构进行了分析。研究发现，增加锌含量可以细化合金中的再结晶颗粒。特别是在Mg-3Zn-0.5Y-0.5Zr合金中，I相变得更加细小，形成了颗粒状和纳米级的针状颗粒。浸泡实验后的表面表征显示，腐蚀产物层主要由Mg(OH)?、Zn(OH)?、CaCO?和羟基磷灰石组成。ZW305K合金的降解率最低，使用氢沉淀法和重量损失法测得的降解率分别为4.1 mm·a?1和6.0 mm·a?1。电化学实验进一步阐明了该合金在溶液中的腐蚀机制，并证实了之前的研究结果。ZW305K的最大极化电阻为874.5 Ω·cm2，最低腐蚀电流密度为0.104 mA·cm?2。作为一种生物医学合金，它必须具有良好的生物相容性，因此还对其进行了细胞毒性、细胞黏附性和染色实验测试。48小时后，各组的细胞存活率均超过80%，表明添加锌能够增强合金的生物相容性。总之，所制备的合金具有作为可降解植入材料的潜力。