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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2017年, 第53卷, 第10期 刊出日期:2017-10-11 上一期    下一期
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前言
杨柯
金属学报. 2017, 53 (10): 1151-1152.  
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医用金属材料因其具有高强韧性、耐疲劳、易加工成形和临床使用中的高可靠性等优良性能,一直是临床上用量大、范围广的一类生物医用材料。医用金属材料是需要承受较高载荷的骨、齿等硬组织以及介入治疗支架的首选植入材料,大量应用于骨科、齿科、介入治疗等重要医疗领域中的各类植入医疗器械和手术工具,骨折内固定系统、人工关节、人工脊柱、颅骨修复支架和网板、牙种植体、冠脉心血管支架等是其中典型的高端植入医疗器械产品代表。医用金属材料的性能优劣对这些产品的临床使用性能至关重要,甚至会直接影响到医疗效果。在医用金属材料中,目前用量最大和应用范围最广的材料是不锈钢、Ti及钛合金、钴基合金、TiNi形状记忆合金等,在临床应用中占有举足轻重的地位。

我国目前正在大力培育和发展新兴战略产业,包括生物医药等关系到未来环境和人类生活的一些重要领域,在研发适应多发性疾病和新发传染病防治要求的创新药物的同时,应“突破应用面广、需求量大的基本医疗器械关键核心技术”,形成以创新药物研发和先进医疗设备制造为龙头的医药研发产业链,大幅度提升生物医药产业的国际竞争力。我国人口众多,保证广大民众的基本医疗条件和水平是国家目前的基本国策。而在应用面广、需求量大的基本医疗器械制造中,医用金属材料扮演着不可替代的重要角色。因此,大力发展临床使用性能更优的新型医用金属材料,并推动其临床应用,将会产生巨大的社会和经济双重效益。

随着现代医疗技术的不断发展和大众生活质量的普遍提高,以及新型医用高分子、生物陶瓷和医用复合材料等新兴生物医用材料的迅速发展和逐渐进入临床应用,医用金属材料的应用和发展受到了严峻的挑战。近20年中,以进一步提高强韧性、耐蚀性、耐磨性、生物安全性、组织相容性、力学相容性等为设计目标的新型医用金属材料的研究和开发方兴未艾,设计和发展出以低模量钛合金、高氮无镍不锈钢、抗菌金属、生物活性涂层、耐磨涂层、药物涂层等为突出代表的新型医用金属材料及相关表面改性技术,为金属植入器械的发展和应用带来了新的机遇。特别是从本世纪初开始,以镁合金为代表的生物可降解金属材料研究的兴起,为医用金属材料的研究和发展开辟了新的天地,受到了材料工作者和医学工作者的共同关注。近年来,医用金属材料生物功能化创新思想的提出,有望使传统上生物惰性的金属材料发展成为具有一定生物活性的金属材料,为材料的临床应用增加了新的功能。此外,随着金属3D打印制造技术的逐渐成熟,使金属植入器械的个性化制造及随之带来的个性化医疗成为可能。医用金属材料正在向着生物适配性更佳、使用性能更优的方向发展,有望在未来的生物医用材料的临床应用中继续保持着其应有的重要地位。

我国在医用金属材料研究方面已经取得了长足的进步,取得了众多创新研究结果,在国际相关领域具有重要影响力,并为我国相关医疗器械的创新发展提供了新的材料平台。这次《金属学报》筹办以医用金属材料为主题的专刊,聚集了我国在相关领域中做出突出研究工作的15所大学和研究机构的23篇文章,综述和介绍了新型医用金属材料方面的最新研究进展,代表了中国在医用金属材料研究与应用领域中的最高水平。期望这次专刊的出版对推动我国在新型医用金属材料的研究发展与临床应用具有重要影响。

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研究论文
镁合金全降解血管支架研究进展
奚廷斐, 魏利娜, 刘婧, 刘小丽, 甄珍, 郑玉峰
金属学报. 2017, 53 (10): 1153-1167.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00319
摘要   HTML   PDF (9003KB)

全降解血管支架具有克服传统不可降解金属支架长期植入引起的慢性炎症、晚期支架血栓以及需长期服用抗血小板药物等问题的潜在优势,因此目前在世界范围内是介入医学工程领域研究开发的热点。镁合金全降解血管支架因兼具较高的支撑强度和生物可降解吸收特性,更是走在了全降解血管支架发展的前列。本文主要介绍国际上广泛关注的德国Biotronik公司镁合金全降解血管支架的研发历程,以及我国自主研发的AZ31、JDBM和MgZnYNd 3种镁合金全降解血管支架研发现状。国内外大量的动物和临床实验表明,镁合金血管支架在体内是安全有效的,但其降解速率比预期稍快。通过建立新型合金体系并改善支架的结构和涂层,镁合金全降解血管支架性能将逐渐完善,并在不久的将来在治疗心血管疾病等方面发挥其重大作用。

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可降解医用镁合金在骨修复应用中的研究进展
袁广银, 牛佳林
金属学报. 2017, 53 (10): 1168-1180.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00247
摘要   HTML   PDF (6632KB)

镁合金可在人体内完全降解,其弹性模量与人皮质骨接近,可有效避免应力遮挡效应,且具有较高的机械强度和良好的骨诱导性,因此镁合金作为骨修复材料具有很好的应用潜力,并受到广泛研究。本文对可降解医用镁合金材料在骨修复领域的研究进行了总结,分别从镁合金骨修复材料的优势,发展历史,存在的问题与挑战,近几年的研究进展等几个方面进行了阐述。文章最后介绍了上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心团队在骨修复用镁合金方面的最新研究成果,以及为推动我国可降解医用镁合金的产业化进程方面所做的工作。

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可降解镁基金属的生物相容性研究进展
赵颖, 曾利兰, 梁涛
金属学报. 2017, 53 (10): 1181-1196.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00259
摘要   HTML   PDF (4307KB)

镁基金属以其良好的生物相容性、与骨组织匹配的力学性能以及在人体内可降解吸收等特点,成为极具临床应用前景的新型生物可降解植入材料,未来有望替代传统的医用金属材料(如不锈钢、钛合金等)应用于骨科内植入器件、心血管支架等领域。本文综合评述了近年来国内外可降解镁基金属的生物相容性研究进展,从合金化和表面改性2方面对镁基金属的体内外细胞相容性、血液相容性和组织相容性等相关研究进行了介绍,并对镁基金属未来在临床上的应用和发展趋势进行了展望。

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可降解镁基金属骨缺损修复材料的研究探索
东家慧, 谭丽丽, 杨柯
金属学报. 2017, 53 (10): 1197-1206.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00279
摘要   HTML   PDF (7320KB)

由于各种原因所造成的骨缺损的修复是临床上一项具有挑战的难题,理想的骨修复材料应同时具备良好的生物相容性、骨传导、骨诱导以及成骨功能。自体骨虽然被视为骨修复材料的“金标准”,却存在取骨量有限和取骨区并发症等问题,而人工合成骨修复材料则还不具备骨诱导能力以及成骨性能,因此临床常用的骨移植材料以及骨移植替代材料都存在各自的应用局限。可降解镁基金属(纯Mg和镁合金)由于具有生物可降解、良好的生物相容性以及与骨组织接近的弹性模量和密度等特性受到人们的广泛关注。本文较系统地综述了镁基金属在骨填充应用研究中的生物学行为,包括良好的促成骨、骨传导能力,潜在的骨诱导作用,以及抗菌、抗肿瘤等独特的生物功能,虽然其在临床应用上仍需要继续研究探索,但不可否认其在骨缺损修复方面具有巨大的优势和潜力,有望成为新一代骨缺损修复替代材料。

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生物可降解MgYREZr合金的研究进展
谭丽丽, 陈军修, 于晓明, 杨柯
金属学报. 2017, 53 (10): 1207-1214.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00266
摘要   HTML   PDF (4089KB)

近年来医用可降解镁合金在生物医用材料领域备受关注,其中以WE43为代表的MgYREZr合金以优异的综合性能受到研究者的青睐。本文综述了WE43合金的组织结构、力学性能、降解性能和生物相容性的研究进展,以及德国采用近似于WE43成分的MgYREZr合金制备的可降解镁合金骨钉所进行的临床实验结果。MgYREZr合金由于RE元素的存在,组织均匀,经过大塑性变形可获得尺寸<1 μm的晶粒,具有较高的抗拉强度、屈服强度及延伸率等力学性能;合金中的RE元素可以稳定腐蚀层,通过合理的热处理制度可以显著降低合金的降解速率。动物实验表明,合金具有良好的生物相容性及高的生物活性;临床实验显示,MgYREZr合金螺钉在治疗踇外翻的手术中具有与钛合金螺钉相同的治疗效果,而在腕舟骨骨折固定术中却发现了螺钉周围的骨溶解现象,导致病人的开始活动时间延至半年后。MgYREZr合金作为内植入物材料具有良好的综合力学性能和较高的耐蚀性,然而,针对不同的临床适应症,MgYREZr合金所制备器件的降解行为、生物学行为等还需要大量的体内外实验研究;进一步控制MgYREZr螺钉的降解速率以适应不同的临床需求,依然是其拓展临床应用范围所面临的主要问题。

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医用可降解血管支架临床研究进展
张小农, 左敏超, 张绍翔, 吴宏流, 王文辉, 陈文智, 倪嘉桦
金属学报. 2017, 53 (10): 1215-1226.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00258
摘要   HTML   PDF (6283KB)

心血管疾病是危害国人身体健康的第一大疾病,介入治疗已成为患者的重要选择,植入血管支架被认为是目前最便捷有效的技术。本文在简单介绍经皮冠脉介入治疗的发展历程的基础上,综合比较了美国雅培公司研发的生物可吸收高分子支架以及德国百多力公司研发的生物可降解镁合金支架的一系列随机临床实验数据,总结了可降解吸收支架目前存在的缺陷并分析了其未来的发展趋势。

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血管支架用可降解金属研究进展
郑玉峰, 杨宏韬
金属学报. 2017, 53 (10): 1227-1237.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00270
摘要   HTML   PDF (4431KB)

在过去的20年间,随着对可降解金属研究的不断深入,从合金成分设计到熔炼制造加工,从毛细管到支架激光加工和药物涂覆等相关技术不断成熟。可降解金属支架也从一个概念发展为实际产品,并形成3个材料体系分支:可降解镁合金支架已经开展了大量的动物实验和临床实验,结果显示其良好的表现和临床安全性,Biotronik公司生产的可降解镁合金产品Magmaris在2016年获得CE认证;可降解铁合金支架目前处在动物实验阶段,注氮铁合金支架具有优异的力学性能,动物实验结果显示注氮铁支架具有良好的生物相容性;可降解锌合金支架近几年才得到人们的关注,目前的体内动物实验研究结果显示,纯Zn丝在小鼠体内具有良好的降解性能和生物相容性,暂未见体内支架研究报道。本文在综合评述可降解金属支架材料的研究现状基础上,展望了可降解金属支架在性能优化、药物洗脱和智能化方面的未来发展趋势。

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新型医用钛合金材料的研发和应用现状
于振涛, 余森, 程军, 麻西群
金属学报. 2017, 53 (10): 1238-1264.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00288
摘要   HTML   PDF (5398KB)

医用钛合金材料已成为骨科、齿科和心血管等植介入物或器械用主要原材料,但要满足患者临床治疗的长效安全性和功能性,医用钛合金材料的生物及力学相容性仍有待提高。无论是开发新型高强度、低模量等综合性能优良的新型医用钛合金材料,还是立足对传统医用钛合金材料性能的优化升级,确保医用钛合金材料的均质化、高性能、多功能和低成本是扩大其临床应用的基础和关键。本文从医用钛合金材料合金设计、物理冶金、材料加工、组织与性能、表面改性、先进制造及临床应用等诸方面进行综述,并介绍了作者研发团队的最新进展,展望了未来发展趋势及待解决的问题。

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金属植介入器件接触诱导表面的制备技术与研究进展
梁春永, 郝静祖, 王洪水, 李宝娥, 夏丹
金属学报. 2017, 53 (10): 1265-1283.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00263
摘要   HTML   PDF (8368KB)

金属材料是医学植介入器件的主要应用材料之一,由于其具有离子溶出与生物惰性等缺点,因此如何提高植体表面的生物相容性与组织适配性成为金属生物材料领域的研究热点。在器件表面制备微纳结构,通过接触诱导机制对细胞及组织进行调控是改善金属植介入器件表面生物功能的重要研究方向之一。本文综合评述了金属植介入器件表面各种图案化微纳结构的制备技术与应用进展,并综述了接触诱导作用对成骨与血管内皮细胞、组织生长行为的调控以及对干细胞定向分化诱导等领域的研究进展。

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兼具成骨和抗感染性能的医用金属材料研究进展
林潇, 葛隽, 吴水林, 刘宝华, 杨惠林, 杨磊
金属学报. 2017, 53 (10): 1284-1302.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.000269
摘要   HTML   PDF (4646KB)

材料的成骨性能(即材料表面或周围促进新骨生成的性能)一直以来是大部分骨科植入性医疗器械的首要临床要求。近年来,材料的抗感染或者抗菌性能(尤其是不依赖抗生素的抗感染或者抗菌性能)逐渐成为骨科植入物的另一重要临床要求。因此,开发同时具有成骨和抗感染性能的生物材料对于骨科临床具有重要意义。医用金属材料在骨科植入物中占有重要地位,但兼具这2种性能的金属材料在以往的临床实践或基础研究中都极为少见,最近才得以广泛研究。本文综述了同时具有成骨和抗感染性能的新型医用金属材料的研究进展,介绍相关金属材料以及金属材料表面改性的研究成果,并对材料兼具成骨和抗感染的机理进行分析讨论,提出此类新型医用金属材料的研究展望。

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多孔Ta的制备及其作为骨植入材料的应用进展
赵德伟, 李军雷
金属学报. 2017, 53 (10): 1303-1310.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00260
摘要   HTML   PDF (3771KB)

多孔Ta金属是近二十年发展起来的一种具有良好生物相容性、优异的综合力学特性的骨植入材料,具备弹性模量与骨组织相匹配、高摩擦系数提高植入体植入初期稳定性、诱导新生骨组织长入提高植入体长期稳定性等方面优势,在临床上获得广泛应用。本文从多孔Ta金属作为骨植入材料的应用背景、优势、制备方法、生物学性能以及临床应用情况等方面,阐述了多孔Ta金属作为骨植入材料的研究现状及最新动态,并对其发展前景进行了展望。

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医用无镍不锈钢的研究与应用
王青川, 张炳春, 任伊宾, 杨柯
金属学报. 2017, 53 (10): 1311-1316.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00268
摘要   HTML   PDF (2855KB)

医用无镍不锈钢比传统不锈钢具有更加优异的综合性能,在骨组织和血管修复等医疗器械领域中具有广阔的应用前景。近些年无镍不锈钢作为医用金属材料的优异性能正在被逐步挖掘,这对开发具有更高服役安全性和生物相容性的医疗器械具有重要意义。本文主要综述了无镍不锈钢在合金设计、力学性能、耐蚀性和生物相容性方面的研究进展以及产品开发现状,展望了这一新型医用金属材料的未来发展趋势。

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可降解锌基生物材料的研究进展
王鲁宁, 孟瑶, 刘丽君, 董超芳, 岩雨
金属学报. 2017, 53 (10): 1317-1322.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00289
摘要   HTML   PDF (800KB)

Zn作为人体必需的微量元素,具有理论适中的降解速率和降解行为,因此在近年来,成为继镁合金与铁合金后的一种新的可降解医用植入材料。锌合金的设计、加工制备以及降解机理的研究刚处于起步阶段,尚未形成系统性的研究成果。本文就目前可降解锌合金的研究现状及未来的研究方向进行综述。

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MRI磁兼容合金研究
任伊宾, 李俊, 王青川, 杨柯
金属学报. 2017, 53 (10): 1323-1330.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00265
摘要   HTML   PDF (3707KB)

磁共振成像(MRI)是医学领域中不可或缺的影像诊断技术。目前常规使用的金属医疗器械包括植入物在MRI下均会产生较大程度的伪影,影响病理诊断分析。尽管临床上通过技术操作可以减小金属伪影,但伪影仍然无法完全消除。本文综述了目前MRI磁兼容合金的研究进展,包括锆合金、铌合金、铜合金等。与临床应用的医用金属材料相比,本文所述磁兼容合金均能有效降低或消除MRI下的金属伪影。随着MRI诊断技术的普及,可在MRI下精确诊断的生物材料与器械会越来越受到重视,因此开发综合性能优异的磁兼容合金是医用金属材料的发展趋势之一。

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高氮无镍不锈钢接骨板的轻量化设计及生物力学研究:厚度减薄的影响
任伊宾, 赵浩川, 杨柯
金属学报. 2017, 53 (10): 1331-1336.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00233
摘要   HTML   PDF (1738KB)

采用有限元方法模拟研究了高氮无镍不锈钢接骨板厚度减薄对其力学行为的影响规律。结果表明,接骨板厚度减薄18%以内,其抗弯能力、抗拉能力和抗压能力均优于传统尺寸的316L不锈钢接骨板。通过12周动物骨折模型研究了轻量化高氮无镍不锈钢骨板对骨折愈合后的生物力学的影响。结果表明,厚度减薄约14%的高氮无镍不锈钢接骨板固定兔子骨折股骨更有利于骨折的愈合和恢复。

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医用纯Mg表面多种复合处理膜层的组织结构和体内外性能
李慕勤, 姚海涛, 魏方红, 刘明达, 王赞, 彭书浩
金属学报. 2017, 53 (10): 1337-1346.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00243
摘要   HTML   PDF (4417KB)

为了提高医用纯Mg的耐蚀性和生物活性,采用超声微弧氧化(UMAO)、碱处理(OH)、硅烷转化膜处理(SCA)和自组装丝素蛋白(SF)多种处理方法,在Mg表面形成多元膜层(UMAO-OH-SCA-SF),通过SEM、红外光谱、电化学测试、细胞实验和动物植入实验,研究膜层表面形貌、组织结构、耐腐蚀性能、细胞活性和体内骨生长。结果表明,超声微弧氧化膜层以MgO为主相,碱羟基利于与硅烷偶联形成Si-O-Mg膜,再自组装丝素,随着浸泡丝素蛋白时间增加,丝素蛋白的结构由无规卷曲向β-折叠转变,多元复合膜层提高了自腐蚀电位,自腐蚀电流密度降低了2个数量级。多元复合膜层更能促进成骨细胞的增殖、黏附与分化,具有良好的早期骨整合能力和在纯Mg降解过程中控制Mg2+溶出能力,其中UMAO-OH-SCA-SF/1.5h最佳。

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流场环境中AZ31镁合金的腐蚀行为研究
韩林原, 李旋, 储成林, 白晶, 薛烽
金属学报. 2017, 53 (10): 1347-1356.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00248
摘要   HTML   PDF (4519KB)

采用自主构建的体外模拟流场环境实验平台,通过电化学阻抗谱(EIS)测量、拉伸实验、模拟体液pH值变化测试、SEM观察等方法,对AZ31镁合金在流场环境中的腐蚀行为进行了研究。从腐蚀电化学角度探究了流场中镁合金腐蚀速率与流速的定量关系,并采用ANSYS有限元分析研究了流态与剪切力作用对镁合金不同部位腐蚀差异的影响。结果表明,流场会加速AZ31镁合金的腐蚀,在腐蚀初期,腐蚀电流密度icorr与流场平均流速ν之间存在icorr-1=ic-1+Aν-1/2的关系,其中,ic为不考虑扩散影响时的腐蚀电流密度,A为常数。腐蚀速率随流速增加而增大,且随着腐蚀时间延长,由于腐蚀产物的影响而逐渐偏离icorr-1~ν-1/2的线性关系。有限元分析表明,样品不同部位表面流体流态及剪切应力分布不同,局部传质系数K存在显著差异,不同流速下试样边缘部位的传质系数是中间的4~5倍,试样局部腐蚀形貌与剪切应力分布及流态差异相对应。

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等通道挤压制备医用超细晶Mg-3Sn-0.5Mn合金及其力学性能
潘瑜, 张殿涛, 谭雨宁, 李珍, 郑玉峰, 李莉
金属学报. 2017, 53 (10): 1357-1363.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00300
摘要   HTML   PDF (3197KB)

采用等通道转角挤压(equal channel angular pressing,ECAP)方法成功挤压了Mg-3Sn-0.5Mn合金,采用OM和TEM观察了ECAP过程中合金微观组织和晶粒尺寸的变化,测试了ECAP后Mg-3Sn-0.5Mn合金的力学性能与腐蚀性能,通过XRD观察了ECAP变形后的织构取向变化。结果显示,ECAP后得到了超细晶Mg-3Sn-0.5Mn合金组织,在320 ℃下经过4道次挤压后平均晶粒尺寸细化到了1.65 μm,局部晶粒细化到了0.80 μm,晶粒细化是剧烈塑性变形与再结晶共同作用的结果。4道次变形后,延伸率从22.2%上升到58.6%,抗拉强度从242.8 MPa下降到195.6 MPa,延伸率提高了约3倍,强度略有下降。ECAP后的Mg-3Sn-0.5Mn合金织构择优取向发生了显著改变,这种变化有利于滑移系的开动,提高了材料的塑性,但对强度有一定的不利影响。ECAP后的Mg-3Sn-0.5Mn合金力学性能受到改变的织构择优取向和细晶强化的共同影响。

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MgO改性HA对Mg-Zn-Zr/m-HA复合材料组织及性能的影响
郑浩然, 陈民芳, 李祯, 由臣, 刘德宝
金属学报. 2017, 53 (10): 1364-1376.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00249
摘要   HTML   PDF (19180KB)

为改善复合材料中纳米增强体易团聚的问题,将陶瓷纳米棒HA进行表面包覆MgO改性处理(m-HA),并采用高熔体剪切搅拌技术制备Mg-3Zn-0.8Zr合金(MZZ)、Mg-3Zn-0.8Zr/1HA复合材料(MZZH)和Mg-3Zn-0.8Zr/1m-HA复合材料(MZZMH)。研究了m-HA对Mg-Zn-Zr/HA复合材料微观组织、力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,陶瓷纳米棒HA的加入细化了MZZ合金的组织,提高了MZZ合金的力学性能和电化学耐蚀性能。与MZZH相比,MZZMH的晶粒更加细小均匀,陶瓷纳米棒在基体中的分布更均匀。挤压态MZZMH的力学性能较MZZH显著提高,其硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到92 HV、291 MPa、325 MPa和8.62%。MZZMH的自腐蚀电位比MZZH高59 mV,MZZMH的腐蚀速率较MZZH降低,在SBF中浸泡7 d后稳定在5 mm/a。腐蚀机理的不同使MZZMH复合材料的耐蚀性能优于MZZH。因此,MgO改性可有效促进HA纳米棒的均匀分布,进而显著提高MZZMH的力学性能和耐蚀性。

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冷却速率对含Cu钛合金显微组织和性能的影响
彭聪, 张书源, 任玲, 杨柯
金属学报. 2017, 53 (10): 1377-1384.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00267
摘要   HTML   PDF (5025KB)

研究了热处理后的冷却速率对Ti6Al4V-5Cu合金显微组织、力学性能、耐蚀性能及抗菌性能的影响。将合金分别进行不同冷却方式的热处理,即在740 ℃三相区分别进行水淬、空冷和炉冷,在820 ℃两相区和910 ℃单相区分别进行水淬。结果表明,炉冷合金由于初生α相的尺寸和体积分数最大,所以塑性最好;合金在740和820 ℃分别水淬后,由于组织中存在正交α′′相,其硬度和屈服强度显著降低;合金在910 ℃水淬后由于存在针状的hcp α′相,其硬度和抗拉强度最高,但塑性最差。随着热处理温度的升高,合金中的元素分布逐渐均匀,其耐蚀性能随之提高。改变冷却速率并不明显影响合金的抗菌性能,不同冷却速率下的合金都具有优异的抗菌性能。

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生物医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn单晶合金塑性变形行为研究
张金睿, 张晏玮, 郝玉琳, 李述军, 杨锐
金属学报. 2017, 53 (10): 1385-1392.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00255
摘要   HTML   PDF (5955KB)

针对具有特殊非线弹性变形行为的高强度低模量Ti-24Nb-4Zr-8Sn (质量分数,%,简称Ti2448)医用钛合金,采用光学浮区生长法制备出3种典型取向的低指数单晶,研究其塑性变形行为。结果表明,Ti2448单晶合金的室温拉伸性能表现出明显的各向异性,<100>取向、<110>取向和<111>取向单晶的抗拉强度分别为650、642和889 MPa,延伸率分别约为73%、22%和13%;单晶合金的室温拉伸塑性变形机制以滑移为主,<100>取向单晶开动的滑移系统为(112)[111]、(112)[111]、(112)[111]和(112)[111],<110>取向单晶开动的滑移系统为(211)[111]和(211)[111],<111>取向单晶开动的滑移系统为(211)[111];<100>取向、<110>取向和<111>取向单晶合金的拉伸样品断口形状分别呈现矩形状、鸭嘴状和三角状,断裂面与拉伸方向的夹角均约为55°,断口均呈现韧性断裂特征。

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碳离子注入医用Ti性能研究
夏超, 钱仕, 王东辉, 刘宣勇
金属学报. 2017, 53 (10): 1393-1401.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00271
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采用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)技术将碳离子注入Ti基体,研究碳离子注入对材料表面形貌、结构和组成的影响,评价改性材料的表面亲水性、荷电性、力学性能、耐腐蚀性以及细菌黏附能力和细胞相容性,探讨材料的结构和组成对其生物学性能的影响。结果表明,碳等离子体浸没离子注入与沉积(C-PIII&D)技术处理的Ti基体表面主要由无定形碳组成。经碳离子注入改性,Ti表面形貌无明显变化,但其疏水性增加,表面负电性提升,表面力学性能和耐腐蚀性能得到提高。基体表面细胞的黏附、铺展和增殖情况良好,同时对大肠杆菌的黏附具有一定的抑制作用。

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灭活细菌生物膜杂化Ti金属材料的生物活性研究
卢晓锋, 肖明, 陈阳梅, 杨帮成
金属学报. 2017, 53 (10): 1402-1412.   DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00290
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为调控生物活性Ti金属材料的生物活性,使用灭活的细菌生物膜对其进行杂化。金黄色葡萄球菌(S.aureus)在纯Ti (P-Ti)和酸碱处理Ti (AA-Ti)表面培养5 d后在121 ℃、0.13 MPa条件下灭活30 min,获得细菌生物膜杂化的纯Ti (BP-Ti)和酸碱处理Ti (BAA-Ti)。BCA蛋白分析和苯酚-硫酸分析表明,在BAA-Ti表面的细菌生物膜的细胞外基质较BP-Ti表面细菌生物膜的细胞外基质含较多蛋白,而后者含有较多的多糖。酶免疫分析表明,在BP-Ti和BAA-Ti表面的肠毒素都低于阈值。模拟体液(SBF)浸泡实验表明,BAA-Ti和BP-Ti在5 d内均可诱导磷灰石形成,但BAA-Ti诱导磷灰石能力低于BP-Ti。AA-Ti在1 d内可诱导磷灰石生成,但在5 d内P-Ti表面无磷灰石生成。表明生物膜提高了BP-Ti的生物活性,但降低了BAA-Ti的生物活性。这可能源于生物膜中多糖有利于促进磷灰石的形成,而其中的蛋白抑制磷灰石的形成。MG-63细胞培养实验表明,细胞增殖能力顺序为:BAA-Ti

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