目 录
1 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 医用镁合金的优缺点 1
1.3 影响镁合金腐蚀的因素 2
1.4 改善镁合金耐蚀性的方法 3
1.5 氧化石墨烯对镁合金耐腐蚀性的影响 5
1.6 本课题的目的和意义 5
1.7 本课题的技术路线及研究内容 6
2 实验 7
2.1 材料、试剂与仪器 7
2.2 样品制备 8
2.3 表面结构表征（ATR-FTIR） 9
2.4 表面亲疏水性 9
2.5 电化学实验 10
2.6 细胞实验 10
2.7 血小板粘附实验 11
3 实验结果与分析 11
3.1 ATR-FTIR分析 11
3.2 表面亲疏水性 12
3.3 电化学分析 13
3.4 内皮细胞吸附 14
3.5 血小板粘附分析 15
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 绪论
1.1 问题的提出
生物医用材料是能植入人体，替代人体组织结构使用的新型材料[1]，它在组织、器官以及增强其功能或医学诊断和治疗中有重要应用。镁基生物材料的研究也成为近年来可降解金属生物材料的研究热点，具有广泛的应用前景。医用镁合金植入体内后不仅无害还可以被人体吸收，是一种安全有效的人体植入物。但是，镁合金在复杂人体生理环境中具有较低的耐蚀性，容易引起一些并发症。因此，通过对镁合金进行表面改性，提高其耐蚀性和生物相容性等性能成为近年来的一个研 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2 
究热点。
1.2 医用镁合金的优缺点
镁合金材料和人骨有很多相似或相同的力学性能，能避免很多因运用其它替换骨而会产生的医学问题，因此，镁合金作为一种骨替代材料，对骨折愈合和种植体稳定性有重要影响。同时，微量元素镁离子能促进骨细胞的形成，加速骨愈合的性能，使该材料在生物医学领域具有良好的发展前景[2]。
与其它种类的材料相比，镁及镁合金具有最大有时是：资源丰富，价格低廉，在地壳和海水中含量很多并容易提取以致使用；镁的密度（1.79g/cm3）很小，并与人骨的密度（1.759g/cm3）很是接近，相同体积的镁远比其它金属要轻上不少；镁和镁合金拥有很高的刚度和比强度，而且抑郁加工，方便使用；镁及镁合金的杨氏弹性模量约为45GP，这个值很适合作为人体的植入材料，能有效的避免植入其它金属因其弹性模量不匹配而产生的应力遮挡效应，该效应会使人骨强度降低，愈合迟缓，进而影响人骨的生长；除了钾以外，镁是人体生物细胞内参与活动最多的的正离子，几乎与体内的一系列的新陈代谢过程都有关，包括骨细胞的生长及愈合等等。同时，镁还与人体神经，肌肉和心脏功能有密切关系；镁也是人体每天所需摄入的必需品，所以用镁及镁合金作为人体植入材料，不但不用担心镁离子对人体的毒性，而且这种微量离子对人体是有一定益处的。
可是镁合金作为骨植入材料存在一个很大的问题，镁合金的耐蚀性非常差，所以在生物体液环境中仅能存在较短时间，难以满足骨骼生长所需的众多要求。研究发现，当镁合金在环境中形成原电池时，溶液的酸碱度很快升至10.5以上，这并不是使用镁合金的最理想的酸碱度环境，并且这种碱性溶液会对人体产生不利的影响，这是应该极度避免的所以，如果要最有效的使用镁合金作为人体植入材料使用，改善其抗腐蚀性是必须的。
1.3 影响镁合金腐蚀的因素
1.3.1 介质对腐蚀的影响
镁合金处在不同的介质中，它受到腐蚀的影响情况差别是很大的[3]，这是因为镁合金会生成不同的产物从而处于不同的酸碱度中。了解镁合金在不同酸碱度情况下的不同性质，对于人们正确选择镁合金的工作，运输和储存的介质环境是至关重要的。当酸碱度为3至11.5左右时，镁合金所处的电位较低，腐蚀影响不是很大；而当处在酸碱度小于3的环境中时，镁合金将会有很低的电位，这就导致了这种情况下抗腐蚀性很差；当处在酸碱度大于11.5的环境中时，镁合金的电位反而会很高，这就让其具有较好的耐蚀性能。由此可以看出，镁合金是不应该在酸性环境中而便于在碱性环境中使用。
1.3.2 合金元素对腐蚀的影响
镁合金的具体成分含量对其耐蚀性也有较为重要的影响，如果镁合金中含有较多的铁、镍、铜、钴等杂质元素，那么这种镁合金的耐蚀性就会大大降低。也可以确定的是，杂质含量很低的接近于“高纯度”的镁合金拥有很好的抗腐蚀性，有很好的使用性能。
Ni在固态镁的溶解度很小，固态镁中Ni溶解度极小，能形成Mg2Ni和其他金属间化合物，它分布在晶界形成网络结构，从而降低镁的耐蚀性。当其含量>0.016%时，会导致镁合金快速的腐蚀，所以，限制镁合金中Ni的含量是至关重要的。Cu在镁合金中溶解度也极小，也会与镁形成Mg2Cu等金属间化合物，以网状形式分布于晶界，降低镁的耐蚀性能。当其含量>0.15%时,也会引起镁合金的腐蚀速率加快的现象，因严格控制镁合金的Cu含 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2 
量也很必要。Fe不会与镁反应生成其它化合物或形成某些结构的固溶体，但它会在晶界处形成金属铁分布，从而降低镁的耐腐蚀性。当其含量>0.0165%时，镁合金的腐蚀速率急剧加快[4]。Fe、Ni、Cu之所以会对镁合金耐蚀性产生很严重的不益影响，造成其快速腐蚀，一方面是因为Mg拥有非常负的平衡电位和稳定电位，另一方面由于Mg与这类正电性金属接触时，会产生较大的负差异效应，从而导致严重的接触腐蚀。
除Fe、Ni、Cu会急剧降低镁合金的耐蚀性外,对镁合金耐蚀性有中等影响的元素为Ag、Ca、Zn等,对耐蚀性影响较小的元素有Mn、Al等。文献表明,当Mn、Al以杂质形式出现在镁合金中时,在含有Mn、Al的夹杂物区域,镁合金氧化有所加重,并使近十个月未被腐蚀的纯镁在几小时内就被腐蚀破坏。
1.3.3 镁合金的组织形态对腐蚀的影响
镁合金的耐蚀性能也会与材料的微观组织有关，具体参数有孔隙率，晶粒机亚晶粒尺寸和相的数量和分布。要获得很小的晶粒尺寸或分布均匀切理想的金相组织，可以通过快速凝固和冷却的方法，这也是比较容易做到的方法。
1.3.4 表面处理对耐蚀性的影响
由于镁和镁合金的耐腐蚀性很低，所以镁合金很少直接使用，通常使用至少需要进行简单表面处理，以便形成保护膜。但必须指出的是即使经过化学处理，也只能在镁合金件表面生成很薄的氧化膜(约为0.5~3微米），这层膜层软而不耐磨，很容易磨损消失，因此生成保护膜的镁合金的耐腐蚀能力仍很低，不能正常使用。但镁合金经过化学氧化处理后，改善了基体结合力，这可以作为底层。作为短时期防腐蚀手段，在良好条件下还是具有较好的使用价值。镁及镁合金经过不同过程的氧化处理后，其抗腐蚀能力是有很大差别的。目前已研究出很多种镁合金的氧化处理方法，在使用中，可以依据不同的情况而采用针对性的方法。除了氧化处理的方法以外,还可以采用化学氧化处理后喷涂环氧树脂或阳极化处理后涂漆的工艺[5]。经此处理的镁合金 会拥有一层硬度比基体更高的膜层，膜层耐磨性良好，再经封闭处理后，耐蚀性也可得到很大的提高。

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