微弧氧化處理前后AZ91D鎂合金在口腔環境中的性能研究.pdf

1、鎂及其合金被譽為“21世紀最具發展潛力和前途的綠色工程材料”，它因其低價格、良好的生物相容性和生物可降解性，并作為人體內僅次于鉀、鈉、鈣的細胞內正離子參與人體新陳代謝的優勢，很有希望成為一類新型的醫用金屬植入材料。但鎂合金化學性質活潑，在耐腐蝕、耐磨損、抗疲勞方面面臨著巨大的挑戰，必須作適當的表面處理才可滿足作為長期植入材料的應用。微弧氧化(MAO)技術可在金屬表面形成一層與基體結合良好的致密陶瓷層，耐腐蝕、耐磨損、抗疲勞，是一種很有希

2、望的醫用金屬植入材料的表面生物改性技術。本研究首次將AZ91D鎂合金引入口腔植入材料領域中，采用微弧氧化技術對AZ91D鎂合金表面進行生物學改性，并用實驗與數值模擬的辦法，探討AZ91D鎂合金表面改性前后在模擬口腔環境中耐腐蝕-磨損性能，抗疲勞性能及其相互影響規律及機理。主要結論如下： (1)采用浸泡與電化學腐蝕實驗研究了AZ91D鎂合金微弧氧化處理前后的耐腐蝕性能。結果表明：浸泡試驗中60天內未處理試樣體積損失是的微弧氧化試樣

3、20.97倍，而電化學腐蝕試驗中，微弧氧化處理將鎂合金在人工唾液中的自腐蝕電位E0由-1.45V提高到-0.44V，自腐蝕電流密度I0由7.5×10-5A/cm2降低到5.0×10-7A/cm2，微弧氧化后的AZ91D鎂合金耐腐蝕性能得到顯著的提高。 (2)通過對微弧氧化陶瓷層的XRD分析發現，微弧氧化陶瓷層主要由Mg2A14Si5O18、Mg0.87A11.8303.61、MgSiO3、Mg2A1等含硅的尖晶石型氧化物和Mg、

4、A1復合氧化物組成，具有致密結構，與基體結合緊密，可隔離鎂合金與腐蝕介質，有利于提高AZ91D鎂合金的耐腐蝕性能和耐磨損性能。 (3)采用南理工自制的磨損實驗設備研究了在人工唾液潤滑條件下AZ91D鎂合金微弧氧化前后的磨損特性。結果表明：同種載荷與磨程下，三種試樣的平均磨損體積損失為：未處理AZ91D鎂合金組＞Ti6A14V組＞微弧氧化鎂合金組，微弧氧化處理能有效的提高AZ91D鎂合金在人工唾液潤滑條件下的耐磨損性能：

5、(4)利用有限元模擬了微弧氧化處理前后的AZ91D鎂合金耐磨損性能，模擬所得結果與真實試驗結果反映的趨勢類似：經微弧氧化處理后的AZ91D鎂合金耐磨性能得到顯著的提高。 (5)利用有限元模擬了AZ91D鎂合金微弧氧化處理后，所陶瓷層的厚度和彈性模量對鎂合金疲勞性能的影響。結果表明：在口腔這一特定環境中，微弧氧化陶瓷層的厚度、彈性模量對牙齒材料的疲勞壽命沒有實質性的影響，可以滿足口腔疲勞性能要求，就疲勞情況而言適合做口腔義齒材料。