Mg-Nb复合材料中铌含量对模拟体液中耐蚀性与体外生物矿化行为的影响研究

《Journal of Magnesium and Alloys》：Tailoring degradation and biomineralization of Mg–Nb composites via micro-galvanic effects

　　

摘要

本研究系统地开发了含0–20 wt.% Nb的镁—铌（Nb）复合材料，旨在阐明在模拟体液（SBF）中Nb含量、耐蚀性与体外生物矿化行为之间的关联。电化学测量（包括动电位极化（PDP）和电化学阻抗谱（EIS））与长期浸泡实验及详细的微观组织和表面表征相结合。结果表明，耐腐蚀性能与Nb含量之间存在显著的非线性依赖关系。在所研究的各组成中，Mg–15Nb复合材料的电化学响应最为理想，表现出最高的膜电阻（R_f ≈ 1210 Ω·cm2）、最高的极化电阻（R_p ≈ 1360 Ω·cm2）以及最低的腐蚀电流密度（I_corr ≈ 0.52 × 10?? A/cm2），相较于纯镁有显著提升。这一增强的电化学稳定性与浸泡实验结果一致：Mg–15Nb的降解速率（约0.5 mm/y）显著低于纯镁（约2.5 mm/y）。微观组织和表面分析表明，Mg–15Nb具有相对均匀的Nb分布和细化晶粒，同时形成了致密且相对连续的富Ca–P腐蚀产物层，XRD检测到与HAP相关的衍射特征，FTIR检测到与碳酸盐和磷酸盐相关的官能团。这种有利的表面演变和增强的体外生物矿化效果，与综合电化学、微观组织和表面表征结果所推断的微电偶相互作用贡献一致。相比之下，将Nb含量增至20 wt.%则伴随着明显的颗粒团聚以及电化学性能、体外生物矿化能力和耐蚀性的相应恶化，这与更为局部化的电化学活性及微电偶相互作用的推断性贡献相一致。总体而言，在所选取的粉末冶金加工条件下，15 wt.% Nb是平衡降解控制与体外生物矿化能力的最优组成。

Rawad Yaqoub Aljabr | P. Subhash Chandra Bose