新型镁合金螺钉体外腐蚀降解及细胞活性研究

研究了基于NZ30K合金开发的新型Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr-0.2Mn镁合金耐腐蚀性、体外降解行为特性及浸提液细胞生物毒性. 采用金相显微镜得到新型镁合金金相显微图, 采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)获取SEM图; 采用武汉科思特电化学工作站进行电化学测试, 并绘制动电位极化曲线, 以磷酸盐缓冲液(Phosphate Buffer Solution, PBS)模拟体液环境, 记录氢气析出体积并计算腐蚀速率; 利用细胞完全培养基测定pH值、重量变化曲线; 获取大鼠骨髓间充质干细胞(Bone Mesenchymal Stem Cells, BMSCs), 并利用完全细胞培养基制作新型镁合金浸提液, 检测细胞生物活性, 以ZA75镁合金为基础添加0.3%Mn元素制成合金作为对照组, 比较腐蚀电位、体外降解情况以及细胞活性. 结果表明: 新型Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr-0.2Mn镁合金横截面等轴晶体组织细小均匀性较好, 纵截面呈长条状组织均匀性稍差; 自腐蚀电位较高, 为-1.3912V; 自腐蚀电流密度较低, 为7.37×10-7 A?cm-2; 体外析氢量低, 失重量、pH值变化幅度相对较小; 降解速率下降后呈现小范围上升后趋于平缓; 具有良好的细胞相容性, 可以促进BMSCs细胞增殖分化.     

热处理对Cu-Fe及Cu-Cr两种合金性能的影响

对含有微量稀土元素的Cu-1.9Fe和Cu-1.0Cr(wt%)合金采用不同的热处理工艺:铸态+固溶+时效;铸态+时效。通过对各试样的硬度、导电率及显微组织分析,比较了有无固溶环节对Cu-Fe和Cu-Cr合金组织和性能的影响,结果表明增加固溶工艺环节后均促进再结晶,使再结晶提前,两种合金的性能比未经固溶工艺的性能都更低。     

不同热处理的Cu-0.8Cr-0.05Y合金形变时效行为

对铸造Cu-0.8Cr-0．05Y合金采用了两种处理工艺：铸态＋固溶处理＋冷轧＋时效（工艺A）；铸态＋冷轧＋时效（工艺B）。通过对显微组织观察、硬度和导电率的分析，研究了经上述工艺处理后该合金的形变时效行为。结果表明，经工艺B处理的试样在时效过程中由于第二相析出、长大先于再结晶进行，因而具有更好、更稳定的综合性能，经90％冷轧变形，在480℃时效3min后，显微硬度可达150HV，导电率达90％IACS。     

新型稀土镁合金螺钉体内促骨修复及体外生物相容性研究

为测试新型稀土镁合金的生物相容性及降解产物致敏性; 评价新型稀土镁合金螺钉对骨伤模型的治疗效果, 基于NZ30K镁合金添加Mn元素制成新型稀土镁合金, 并通过后期加工制成不同规格的螺钉. 将稀土镁合金螺钉浸入磷酸盐缓冲液中制作浸提液, 于大鼠后肢背部皮下注射, 观察浸提液皮下致敏性. 将螺钉打磨制成圆片植入到大鼠皮下, 观察皮下降解产气情况, 以可吸收骨蜡作为对照同位置皮下植入. 建立兔骨损伤模型, 将稀土镁合金植入, 定期拍摄X光检查螺钉降解情况, 按照时间顺序分别于8周、12周、16周处死实验兔制作肝肾切片、骨切片, 评价肝肾毒性及体内降解情况; 同期以ZA75镁合金为基础添加0.3% Mn元素制成新镁合金, 作为对照组对比稀土镁合金对大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化效果. 将浸提液过滤稀释后添加至细胞培养板中, 加入成骨诱导液培养, Westernblot蛋白电泳实验测定骨保护蛋白(OPG)表达情况. 新型稀土镁合金浸提液未表现出致敏性, 皮下降解结果显示植入初中期有气腔产生, 中后期气腔消失, 镁合金完全降解; 组织切片显示, 兔股骨螺钉植入在前中期有一定肝肾毒性, 植入中期促骨生长效果相较于前期更为明显, 植入后期未见明显肝肾毒性, 螺钉降解完全, 植入部位骨质增强; 兔股骨植入降解结果显示植入前期未观察到明显的促进骨生长效果, 螺钉与骨质嵌合紧密, 植入中期促骨生长修复效果呈现, 局部骨组织出现膨隆包裹住螺钉降解产物, 植入后期螺钉完全降解, 植入位置有一小孔未闭合, 股骨近端明显膨隆; 蛋白电泳实验显示, 新型稀土镁合金浸提液可增加OPG表达, 具有良好的生物相容性. 基于NZ30K开发的新型稀土镁合金在动物实验及细胞实验阶段表现出良好的生物相容性, 可为临床应用提供一定参考.     

晶粒取向和物相组成的电子背散射衍射测定

介绍了用扫描电镜中电子背散射衍射（ＥＢＳＤ）附件所进行的初步研究工作．这些工作表明,２Ｈ马氏体的基面由母相的一个｛２２０｝Ｐ面转变而来,一个自协作马氏体片群内的Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ４个变体由母相的不同的｛１１０｝Ｐ面转变而来．用ＥＢＳＤ技术可测出它们之间的取向关系．ＥＢＳＤ技术所提供的结构信息与Ｘ射线能谱分析提供的化学成分信息相结合使微区物相鉴定的结果更为可靠．发现Ａｌ６２．５Ｃｕ２５Ｆｅ１２．５合金的铸态主要由λ－Ａｌ１３Ｆｅ４、二十面体准晶和β相３者组成．无间隙钢７５０℃再结晶后有两类晶粒,其中平坦晶粒具有有利于冷加工性的γ纤维显微织构．     

镁合金空心螺钉内固定治疗股骨颈骨折的有限元分析研究

利用有限元分析方法探究镁合金空心螺钉内固定治疗股骨颈骨折的生物力学特性, 旨在为临床治疗股骨颈骨折提供一种新的思路. 选取一例青年健康志愿者的下肢CT数据建立股骨三维模型, 在Mimics插件3-matic中建立股骨网格并赋予网格材料属性, 利用Solidworks 17.0软件建立空心螺钉模型, 将上述2个三维模型导入Workbench 2020软件中, 分别赋予空心螺钉镁合金、钛合金材料属性, 进行对比分析, 记录股骨及空心螺钉的峰值、应力分布值和股骨位移. 结果表明, 钛合金螺钉内固定模型最大应力为357.27MPa, 最大位移为0.034mm; 镁合金螺钉内固定模型最大应力为311.27MPa, 最大位移为0.034mm; 2组不同材料的空心钉结果数值差异不大. 研究表明镁合金空心螺钉和传统钛合金空心螺钉力学性能相似, 且镁合金更加亲和人体, 在临床方面可以镁合金空心螺钉代替钛合金空心螺钉治疗股骨颈骨折.     

镁合金钢板内固定治疗胫骨中段骨折的有限元分析

运用有限元分析法, 评价镁合金、钛合金、不锈钢3种不同材料在治疗胫骨干骨折的力学性能差异. 以Dicom格式导入Mimics 20.0软件中建立胫骨三维模型, 并运用Geomagic与Solidwork软件制作胫骨骨折内固定模型, 将上述模型导入Workbench 2020软件中, 赋予材料属性, 给予轴向载荷、扭转载荷2种加载模式, 分析3种材料的应力和位移. 在600N轴向加载模式下, 钛合金内固定应力为(117.42±0.07)MPa, 位移为(0.73±0.11)mm; 镁合金内固定应力为(117.11±0.04)MPa, 位移为(0.82±0.08)mm; 不锈钢内固定应力为(117.53±0.03)MPa, 位移为(0.62±0.13)mm. 在30N?mm扭转加载模式下, 钛合金内固定应力为(174.50±0.33)MPa, 位移为(0.75±0.07)mm; 镁合金内固定应力为(168.75±0.15)MPa, 位移为(0.82±0.16)mm; 不锈钢内固定应力为(176.23±0.51)MPa, 位移为(0.61±0.13)mm. 结果表明: 2种不同加载模式下3种不同材料的内固定结果数值差异不大, 镁合金内固定与钛合金内固定、不锈钢内固定力学性能相似, 而镁合金更亲和人体, 可以代替传统医用金属材料用以治疗胫骨中段骨折.     

新型AA2037连铸轧铝合金高温沉淀相的正电子湮没研究

采用正电子湮没寿命谱和符合多普勒展宽谱方法对AA2037连铸轧铝合金热轧板和70%冷轧板高温(约470℃)退火的沉淀相进行了研究.结果表明,正电子平均寿命随退火时间延长而减小.其原因是由于热轧或冷轧形变导致的空位、位错等缺陷的同复和再结晶;另一方面由于随退火时间延长沉淀相不断析出,符合多普勒展宽曲线出现明显的铜元素、锰元素的特征,并且沉淀相越多,信号越明显.这证实了沉淀相(T相)中存在铜元素和锰元素.     

掺杂对LiMn2O4正极材料的结构和性能的影响

采用溶胶凝胶法合成了尖晶石型LiMn2O4正极材料，选取钴、铈和镁作为掺杂元素，考察了钴、铈和镁的掺杂对LiMn2O4正极材料的结构和电化学性能的影响．并运用XRD、IR、BET等方法对所合成的材料进行了表征．实验结果表明，掺杂一定量钴、铈和镁后的LiMn2O4正极材料循环寿命优于未经掺杂的LiMn2O4正极材料，循环50次后，3种掺杂后所得的电池材料的容量保持率均达95％以上．其中以掺杂钴的LiCo0.2 Mn1.8O4正极材料循环性能最好，首次充放电容量达到105．6mAh／g，50次循环后，其充放电容量仍保持在100．8mAh／g．     

生物可降解镁合金骨科植入材料的临床应用及其有限元分析

在骨-器械界面建立和维持成熟骨是骨科植入材料长期成功的关键. 镁合金由于其生物可降解性、天然骨组织的力学相似性以及成骨潜力, 并且在体内不抑制间充质干细胞(hBMSCs)的成骨特性, 成为有前途的承重骨科植入物的候选材料. 但其高降解率和植入物相关感染的风险以及不佳的力学性能, 对其临床应用提出了巨大的挑战. 有限元分析方法能对复杂结构、形态、载荷和材料力学性能进行应力分析, 可有效地帮助临床医生了解镁合金植入器械的应力及生物力学性能.     

直流辉光放电光谱分析铜合金的基本特性研究

用自行组装的直流辉光放电原子发射光谱（ｄｃ Ｇ Ｄ Ａ Ｅ Ｓ）仪器对分析铜合金的某些基本特性进行了研究 探讨了光源放电室结构、放电气体压力、放电电压等操作参数以及试样尺寸大小对放电性能及元素谱线强度的影响,并进行了优化 考察了在不同放电气压条件下样品的溅射率和优化条件下辉光放电的稳定性最后,分析了铜合金标准样品中的 Ａｌ和 Ｍｎ,结果较满意     

六方金属在低周冲击疲劳载荷下的损伤机制

研究了六方金属纯锌和TC4钛合金在低周冲击疲劳载荷下的循环变形和损伤机制。在疲劳过程中用扫描电子显微镜(SEM)对试样表面形貌进行跟踪观察。发现六方金属在冲击疲劳载荷下变形的主要形式是孪生；TC4钛合金沿孪晶界发生“挤出”，微裂纹沿挤出脊形成，并沿孪晶界按Z字形扩展。另外，在纯锌试样表面上可以观察到普遍的畸变和翘曲。     

不同溶剂体系中改性氢氧化镁的分散行为

研究了不同的表面改性剂对超细氢氧化镁的表面改性.并分别以水和乙醇为溶剂,研究了表面改性后氢氧化镁的分散行为.实验结果表明,以水为溶剂的体系,六偏磷酸钠分散性能最好,而以乙醇为溶剂,硅烷偶联剂KH-550分散性能最好,其用量为基体量的5%左右,可使制备的超细氢氧化镁粒径达到0.2 μm尺度以下.试验结果对进一步认识超细氢氧化镁的性质及其应用具有重要意义.