镁合金作为生物医用材料的潜在优势存在的问题及解决思路
镁合金作为生物医用材料的潜在优势存在的问题及解决思路
镁合金作为生物医用材料的潜在优势、存在的问题及解决思路摘要近几十年来，镁及其合金在医疗领域的价值正飞速提升，应用也日益广泛，其作为硬组织植入材料与现有的各种临床金属植入材料相比有许多突出的优点[1]。
然而，镁合金当然也不完美，也存在缺点，令其应用受到限制[1]。
那么，这些优势和缺陷究竟是什么如何让其性能更完善呢本文就这些问题进行了简要论述。
然而由于笔者才疏学浅，加之时间仓促，文中疏漏之处在所难免，尚有待进一步修改和完善，同时敬请各位读者多多批评指正。
关键词：镁合金，医用材料，植入体，腐蚀一、引言目前的生物医用材料主要有部分金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等[1]。
医用金属材料与高分子材料和无机非金属材料相比，具有较高的强度、韧性和加工性能，因此应用最为广泛[2]。
目前，临床应用的医用金属主要有不锈钢、钴基合金、钛合金、形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、镐等。
但临床应用表明，以上材料均存在弊端[3]，如：1.某些金属植入体含Al元素[4]。
该元素可对器官造成损伤，且能导致骨软化、贫血[5][6]、老年痴呆及神经紊乱等多种病症[5][6]；2.某些材料会在体内释放出毒性金属离子[1]，引起受体发炎和排异反应[7]；3.部分不锈钢植入体在生理系统环境中会发生缝隙腐蚀、摩擦腐蚀与疲劳腐蚀破裂等状况[8][9]，并因此释放出Ni2+、Cr3+及Cr5+等离子，同时造成假体松动，最终引起植入体失效[10]；4.相当一部分材料的弹性模量与人骨不够相近，例如：不锈钢的弹性模量约为200GPa，钛合金约100GPa[4]，而人骨仅10～40GPa。
这必然会导致应力遮挡效应，进而减少对新生骨组织生长和重塑的诱导作用[1]，并最终造成植入体的不稳定、组织愈合迟缓甚至植入失败等后果[1][11]。
5.不锈钢、钴基合金和钛基合金皆为生物惰性材料，在人体中不发生或仅发生微弱的化学反应，因而在生物环境中相当稳定[4]，无法自行降解[1]。
镁合金作为生物医用材料的潜在优势
镁合金作为生物医用材料的潜在优势、存在的问题及解决思路材料科学与工程学院 5080519079 李梦露摘要：本文主要介绍了镁合金作为生物医用材料的优缺点，并针对缺点进行了分析，提出了解决方法。
关键词：镁合金力学性能生物相容性可降解性耐腐蚀性一、潜在优势镁合金作为生物医用材料，在力学性能，生物相容性和可降解性三方面具有突出的优势。
1.1力学性能研究表明镁及镁合金有可能作为新的骨固定材料,因为镁及镁合金有高的比强度和比刚度,纯镁的比强度为133GPa/(g/cm3),而超高强度镁合金的比强度已达到480 GPa/(g/cm3),比Ti6Al4V的比强度(260 GPa/(g/cm3))高出近1倍。
镁及镁合金的杨氏模量约为45GPa,更接近人骨的弹性模量(20GPa),能有效降低应力遮挡效应。
镁与镁合金的密度约为1.7g/cm3,与人骨密度(1.75g/cm3)接近,远低于Ti6Al4V的密度(4.47 g/cm3),符合理想接骨板的要求。
因而用镁及镁合金作为骨固定材料,能够在骨折愈合的初期提供稳定的力学环境,逐渐而不是突然降低其应力遮挡作用,使骨折部位承受逐步增大乃至生理水平的应力刺激,从而加速愈合,防止局部骨质疏松和再骨折。
镁合金，不锈钢以及人体骨骼的力学性能参数可以参见表1。
通过比较可以发现，不锈钢的弹性模量与人体骨骼材料弹性模量不匹配，会产生副作用，使骨骼强度降低，愈合迟缓。
而镁合金及纯美强度高，弹性模量与人体骨骼匹配，同时生物相容性也较好，是良好的骨固定材料。
1.2 生物相容性毒性试验表明,镁合金浸提液无细胞毒性,不会显著降低成纤维细胞和成骨细胞的存活率。
与纯镁对比,镁合金溶血率更低,黏附的血小板数量也更少,因此适当添加合金元素,可以将镁基合金应用在骨骼和血管植入物材料方面。
此外，体外溶血率和细胞黏附试验结果证实其具有良好的生物相容性,并能加快前成骨细胞在合金表面的黏附。
理想的生物可降解吸收材料在体内应完全降解,且其降解产物对周围组织无害。
医用镁合金的优缺点以及局限性
据张小农介绍，他们研究的镁锌合金主要有五
降解速度控制问题仍待解决
整个研究过程也不是一帆风顺的。
张小农在研究中发现，镁锌合金这种
“作为当前生物材料研究的热门之一，我们研究的镁锌合金作为生物可
张小农说：“我们课题组已经创建了上海奥芮济医疗科技有限公司实施有关成果的实用转化，一些具有羟基磷灰石涂层的骨钉、髓内针等骨内固定器械预计将在本年度内研发完成。
而植入大动物的体内实验安排在明年初开展，此后6个月的植入实验研究结果出来后将会确定是否能进行下一步的人体实验。
我们希望未来的2~3年内可降解吸收生物镁锌合金能够走出实验室，制造出的各类医疗器械将走进普通人的生活中，从而提高人们的生活和健康水平。
”。
镁合金在生物医用材料上的发展
镁合金在生物医用材料上的发展随着时代的发展和人们对健康的重视，生物医学领域成为了一个备受关注的领域，很多新型材料被应用于医用领域，其中镁合金就是其中一种。
镁合金因其优良的生物相容性、生物降解性及良好的机械性能，在医学上越来越受到人们的重视。
近年来，镁合金应用于医学领域的研究逐渐加强，研究人员将其应用于支架、骨切削、螺钉和植入物等方面，优越的性能得到了广泛的认可。
在骨科领域，镁合金被应用于人工关节、骨折治疗等方面，可以大大改善手术后患者的生活质量。
在生物医用材料的研究中，医学领域对于生物相容性的要求较高，而镁合金材料在这方面表现的尤为出色。
镁合金具有高度的生物相容性，能够在体内逐渐降解并转化为人体所需的有机物质。
这一特点可以一定程度上减少炎症反应的发生，并且在植入体内后不会成为一种额外的负担。
在减少内源性物质和异物反应方面，镁合金相对于其他物质具有更优的性能。
除了生物相容性方面，镁合金在机械性能方面也非常优秀。
它具有轻质、高强度、耐腐蚀性和良好的塑性，能够满足骨部受力的要求，并且保证了植入体在生物环境下的稳定性。
相对于其他材料，在生物医用材料方面，镁合金具有良好的可加工性能。
尽管在生物医用材料领域，镁合金具有良好的性能，但仍然存在一些问题需要解决。
通过合适的合金设计和合金元素的添加，可以使得镁合金在力学性能上和耐腐蚀性能上有所提高，然而，在制备过程中，仍然存在一些技术难点需要克服，例如，在制备过程中易受到空气中的氧化和金属离子溶出的影响。
此外，镁合金在降解过程中会产生氫氧化物，而这一物质会对周围的组织造成刺激，从而导致炎症的发生。
不过，这并不妨碍镁合金的发展，为了解决这些问题，许多科学家都在通过不断研究提高镁合金在生物医用材料领域的性能。
在生物医用材料领域，镁合金材料具有广泛的应用前景，将会成为医用骨科和牙科材料中的一种重要替代品，未来在生物医学领域，镁合金的应用前景也相当可观。
总之，镁合金因其优良的生物相容性、生物降解性和良好的机械性能等优点，已经成为生物医用材料中的一种新材料，并且在应用中得到了广泛的认可。
镁合金生物相容性研究
镁合金生物相容性研究镁合金作为一种新兴的生物材料，近年来备受关注。
它具有重量轻、生物相容性好、生物降解性强等特点，因此被广泛应用于骨科和心血管等领域。
但是，与传统生物材料相比，镁合金的生物相容性还存在一些问题，因此研究镁合金的生物相容性，对于更好地应用于医疗领域具有重要意义。
首先，我们来了解一下镁合金的生物相容性。
镁合金作为一种金属材料，其化学性质决定了其在人体内的生物相容性。
镁合金中的镁元素具有良好的生物相容性，可被人体组织吸收和代谢。
此外，镁合金独特的表面反应性也有助于促进骨组织的再生和修复。
这些优点使得镁合金成为一种理想的生物材料候选者。
然而，需要指出的是，镁合金的生物相容性也存在一些挑战。
首先，镁合金在人体内的生物降解速度较快，这可能导致材料的力学性能下降，影响植入材料的长期稳定性。
其次，镁合金的腐蚀性较高，可能引起周围组织的炎症反应。
此外，镁合金的放电行为也可能对人体产生不良影响。
因此，进一步研究镁合金的生物相容性，探索解决上述问题的方法，尤为重要。
为了提高镁合金的生物相容性，研究人员采取了一系列措施。
一方面，通过合金化改变镁合金的成分，可以影响其生物降解速度和力学性能。
例如，添加稀土元素、锌等合金化元素，可以减缓镁合金的生物降解速度，同时提高其抗腐蚀性能和力学性能。
另一方面，采用表面改性的方法，通过改变镁合金的表面形貌和化学活性，可以调控其与组织细胞的相互作用。
例如，采用生物活性涂层、多孔结构等方法，可以增加镁合金与骨组织的亲和力，促进骨再生和修复。
这些研究为改善镁合金的生物相容性提供了新的思路和方法。
此外，还有一些其他方面的研究也值得关注。
例如，研究镁合金在心血管领域的应用潜力。
心血管疾病是当前全球范围内的主要健康问题之一，而镁合金具有良好的生物相容性和生物降解性，可以有效地用于血管支架和心脏瓣膜等方面的应用。
此外，还可以通过纳米技术、生物活性涂层等手段提高镁合金的性能。
这些研究将进一步推动镁合金在医疗领域的应用。
镁合金材料发展现状
镁合金材料发展现状镁合金是一种轻质高强度材料，具有良好的加工性、热传导性和耐腐蚀性等优点。
随着汽车、航空航天、电子产品等行业的快速发展，对轻质材料的需求越来越大，因此镁合金作为一种有潜力的材料，得到了广泛的关注和研究。
然而，镁合金仍面临着一些挑战。
首先，纯镁合金在强度、塑性和耐蚀性方面存在不足，容易产生氧化层，降低了其使用寿命。
其次，镁合金的熔点较低，加工过程中易烧蚀，使得制造成本较高。
此外，镁合金的塑性变形能力较差，容易出现断裂现象。
为了克服这些问题，近年来针对镁合金的研究取得了一些重要进展。
需要注意的是，镁合金的发展不仅仅局限于材料配方的改进，还包括结构设计、材料加工和表面处理等方面的创新。
首先，在材料配方方面，研究人员通过添加合适的合金元素（如铝、锌、锰等）来改善镁合金的性能，并且优化了合金比例和处理工艺。
通过调整合金元素的含量和比例，可以提高镁合金的强度、硬度和耐蚀性能。
例如，钾（K）元素的添加可以显著提高镁合金的强度和塑性，并提高其耐热性能。
其次，在材料加工方面，研究人员提出了多种改善镁合金加工性能的方法。
例如，通过调整挤压工艺参数和合金元素的添加，可以降低镁合金的应力和变形能量，从而改善其塑性变形能力。
此外，还提出了多种多孔材料制备技术，可以在一定程度上提高镁合金的强度和韧性。
最后，在表面处理方面，研究人员开发了多种表面处理技术来改善镁合金的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
例如，通过电解沉积、电沉积和阳极氧化等方法，在镁合金表面形成保护膜，可以提高镁合金的耐蚀性和耐磨性。
总的来说，镁合金材料的发展正在不断取得重要进展，已经在一些特定领域得到了应用。
然而，与其他常规结构材料相比，镁合金在强度、塑性和耐蚀性方面仍有待改进。
因此，今后的研究重点应该放在更加精细和系统的配方设计、结构设计和表面处理等方面，以充分发挥镁合金材料的优势，并推动其在更多领域的应用。
镁合金的优缺点及应用
镁合金的优缺点及应用镁合金是以镁为原料的高性能轻型结构材料，比重与塑料相近，刚度、强度不亚于铝，具有较强的抗震、防电磁、导热、导电等优异性能，并且可以全回收无污染。
镁合金质量轻，其密度只有1.7 kg/m3，是铝的2/3，钢的1/4，强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷，具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低，具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，非常适合用于汽车的生产中，同时在航空航天、便携电脑、手机、电器、运动器材等领域有着广泛的应用空间。
一、镁合金的优点1、镁合金密度小但强度高、刚性好。
在现有工程用金属中，镁的密度最小，是钢的1/5，锌的1/4，铝的2/3。
普通铸造镁合金和铸造铝合金的刚度相同，因而其比强度明显高于铝合金。
镁合金的刚度随厚度的增加而成立方比增加，故而镁合金制造刚性好的性能对整体构件的设计十分有利。
2、镁合金的韧性好、减震性强。
镁合金在受外力作用时，易产生较大的变形。
但当受冲击载荷时，吸收的能量是铝的1.5倍，因此，很适合应于受冲击的零件—车轮；镁合金有很高的阻尼容量，是避免由于振动、噪音而引起工人疲劳等场合的理想材料。
3、镁合金的热容量低、凝固速度快、压铸性能好。
镁合金是良好的压铸材料，它具有很好的流动性和快速凝固率，能生产表面精细、棱角清晰的零件，并能防止过量收缩以保证尺寸公差。
由于镁合金热容量低，与生产同样的铝合金铸件相比，其生产效率高40%～50%，且铸件尺寸稳定，精度高，表面光洁度好。
4、镁合金具有优良的切削加工性。
镁合金是所有常用金属中较容易加工的材料。
加工时可采用较高的切削速度和廉价的切削刀具，工具消耗低。
而且不需要磨削和抛光，用切削液就可以得到十分光洁的表面。
镁合金
1.3镁基生物医用金属材料的研究现状镁在地壳中的储藏量极其丰富，其储藏量达到百分之2.8，位居第6位。
我国是镁资源大国，储藏量居世界首位;产量也居十世界首位，占全球2/3;但是我国并非镁工业强国，镁工业还处十起步阶段，原镁生产规模小而分散，技术比较落后，品质不够稳定，出口的产品大部分是初级的廉价的原料产品。
国家政府部门已经投入大量的资金进行相关问题的研究和开发。
随着国际国内镁产品开发空间的增大，镁资源将发挥更为重要的作用，镁有可能继铜、铝后的下一代热门行业。
从近几十年来的研究报告不难发现，镁合金作为生物医用金属材料与现在已经临床使用的其它生物医用金属材料相比具有明显优势:1资源丰富，价格低廉;2优异的生物相容性和生物可降解性;3镁离子是人体必不可缺的金属阳离子，几乎参与所有的能量代谢;4良好的力学相容性，以镁为基体的合金的弹性模量和密度最接近人体骨骼弹性模量和密。
更为重要的是，镁合金本身在生物体中可以逐渐降解，由新生骨组织逐渐代替原先的植入体，是理想的生物支架材料Wittea等人通过研究不同类型的镁合金在生物体内的腐蚀降解情况，发现镁合金更能促进周围骨组织的生长。
也有研究表明添加稀土兀素能以高镁合金的生物相容性，如在镁中加入CeCI3可以抑制肿瘤的产生，加Y203的轻基磷灰石能更好的与骨组织结合。
根据人骨组织是多孔结构的特点，还开发出了多孔铁合金，新骨可以在多于合金的孔洞中生长，镁合金与新骨的结合强度明显提高1.4镁基生物医用金属材料的优势与存在问题1.4.1医用镁合金生物相容性近年来，开发出来的许多金属基生物材料或多或少存在一定的问题。
如NiTi形状记忆合金会释放对人体有害的镍离子钦合金植入人体后产生过敏和应力遮挡效应镁元素是新陈代谢和骨组织中的基本元素，是人体内合成卵磷脂酶的激活剂。
在成人体内，镁含量约为20-30g，其中70%以上以磷酸盐形式参与骨骼与牙齿的组成，其余分布在软组织和体液中，成人一般镁的口需求量为200-300mg。
解决关于镁合金加工的问题
解决关于镁合金加工的问题
镁合金加工的问题
基于其优异的特性，使镁合金在未来发展中具有很强的优势，更符合当代对环境保护、可持续发展的要求，是取代钢铝材的最佳选择。
由于镁金属化学活性大，给镁合金零部件的加工带来一系列的问题，妨碍了镁合金的推广使用，主要体现在：
(1)极易产生电化腐蚀。
在冶炼、制造上需特别注意，在防蚀处理上也较其它金属困难。
因此，为了使镁合金的应用更加广泛，对于镁合金的腐蚀机制、防蚀机制、表面处理技术及工件防蚀设计，需要有更多的处理程序。
(2)燃点低。
在切削过程中必须考虑温度的影响，以防止切屑燃烧，并在加工中要采取相应的措施和条件才能真正杜绝事故的发生。
(3)工件变形的问题。
镁合金的线膨胀系数比钢和铸铁大，切削热、温差等因素都会直接影响镁合金零件的精度，需要在选择加工余量、刀具几何参数、切削用量以及工装夹具的设计、检测方法的选择等方面有很好的措施。
镁合金在生物医用材料上的发展
镁合金在生物医用材料上的发展
随着科学技术的不断发展，镁合金作为一种新型材料，其在生物医用领域中的应用逐渐受到重视。
相比于传统的金属材料，镁合金具有生物相容性好、生物吸收性强等优点，因此被广泛应用于生物医用材料的制备中。
在医疗器械方面，镁合金已经开始被用于制造支架、植入物等。
镁合金支架可以通过调整合金成分和热处理工艺来降低其生物腐蚀性，同时也可以减少支架塑性变形等问题。
镁合金植入物则可以通过其生物吸收性来减少对人体的损伤，减少二次手术的风险。
此外，在口腔修复材料、骨修复材料等方面，镁合金也有着广泛的应用前景。
研究表明，镁合金可以促进骨细胞的生长、增强骨折修复等，因此被认为是一种非常有潜力的骨修复材料。
在口腔修复方面，镁合金合成的口腔修复材料可以更好地模拟天然牙齿的形态和性能，因此具有非常广阔的市场前景。
总之，镁合金作为一种新型生物医用材料，其在医疗器械、骨修复、口腔修复等方面的应用前景十分广阔。
相信随着技术的不断发展，镁合金将会在生物医用领域中扮演越来越重要的角色。
- 1 -。
医用镁合金的优缺点以及局限性
骨钉、髓内针等是目前临床上常用的骨内固定器械。
它们主要是用不锈钢、钛合金等材料制成。
张小农介绍说：“现有骨内固定材料弹性模量远高于人骨，用于骨固定可能会引起应力遮挡效应，使骨骼受损部位得不到必要的应力刺激，导致愈合不完全，骨骼强度下降，骨愈合延迟，容易再次骨折，甚至引起手术失败；而且这些材料大多含有毒性金属元素，在人体内会缓慢释放有毒离子，诱发炎症，对人体产生不利影响；还有一点值得引起重视的是目前常用材料多为永久性植入材料，病人骨折愈合后，需要进行二次手术取出，增加了患者的痛苦和经济负担。
”虽然目前临床上也有一些可降解的聚合物（如聚乳酸类）骨内固定材料已经投入使用，但这种聚合物也存在力学性能差、酸性降解产物引发炎症等问题。
“针对这些弊端，发展可降解金属生物材料具有重要价值。
”张小农说，“国际上对可降解吸收的金属材料研究已开始起步，如欧洲的德国、瑞士等研究的稀土镁合金、镁铝锌合金等，国内许多研究机构也在研究镁钙合金、镁锰锌合金等，这些研究都针对骨科植入器械、血管内支架等领域开发目标产品。
资料显示，国外稀土镁合金的血管支架已经进行了人体实验，但目前临床还没有投入使用的产品。
”镁锌合金的五大优势张小农课题组是依据生物相容性、力学性能和降解性能的综合要求，来设计新型可降解吸收金属材料的。
他们选择的研究对象是由全部营养元素组成的生物镁合金材料。
张小农指出，镁作为人体必需的营养元素，具有良好的生物安全性基础，利用镁与水的腐蚀反应，开发体内可降解吸收的镁合金生物材料已被证明是科学的、可行的。
据张小农介绍，他们研究的镁锌合金主要有五特点：第一，体内可降解。
该材料被植入人体后，经过一定时期，骨折愈合后，完成固定任务，可以在体内降解，被人体逐渐吸收，可免去二次取出手术，减轻患者痛苦和经济负担。
第二，力学性能优良。
镁合金弹性模量与人骨接近，可以有效降低应力遮挡效应，同时其力学性能，如拉伸强度等远高于目前临床应用的可降解高分子聚合物材料，可以好地满足临床需求。
「镁合金的优缺点及应用」
「镁合金的优缺点及应用」镁合金是一种具有轻质、高强度和高刚性的金属材料，由镁和其他合金元素组成。
它具有密度低、良好的机械性能和优良的耐腐蚀性能等特点，因此在各个领域中得到广泛应用。
本文将介绍镁合金的优缺点及其主要应用。
镁合金的优点：1.轻质高强度：镁合金的密度约为铝的2/3，比钢的1/4，但却具有较高的强度和刚性。
这使得镁合金成为制造轻量化产品的理想材料，例如航空航天业中的飞机和导弹等。
2.优异的耐腐蚀性能：镁合金具有良好的耐腐蚀性能，能够在不同环境下保持较长的使用寿命。
这使得镁合金广泛应用于汽车制造、船舶制造和化工等行业。
3.优良的导热性：镁合金具有良好的导热性，能够快速传导热量，使其在制造散热器和传热设备时得到广泛应用。
4.可回收再利用：镁合金可以通过熔融再生的方式进行回收再利用，减少资源浪费，符合可持续发展的要求。
镁合金的缺点：1.易于腐蚀：在潮湿的环境下，镁合金容易发生腐蚀，尤其在氯化物等腐蚀性介质中腐蚀速度更快。
为了提高镁合金的耐腐蚀性能，需要进行表面处理或添加腐蚀抑制剂。
2.加工性不高：镁合金具有较低的塑性和可热变形性，加工难度较大。
在进行深冲、折弯和锻造等工艺时容易产生裂纹和折断。
3.高成本：镁合金的制造成本相对较高，主要是因为镁的提取和合金化过程较为复杂。
这使得镁合金在一些领域中受到经济因素的限制。
镁合金的应用：1.汽车制造：镁合金具有良好的强度和轻质性能，可以用于汽车车身和发动机部件的制造，能够减轻车辆重量，提高燃油效率和环保性能。
2.电子产品：镁合金在电子产品中得到广泛应用，例如智能手机、平板电脑和笔记本电脑外壳等。
轻薄、高强度和良好的导热性能使得镁合金成为理想的材料选择。
3.航空航天业：镁合金在航空航天领域中得到广泛应用，例如飞机、导弹和火箭等。
其轻质高强度的特点能够减轻飞行器的重量，提高飞行性能。
4.军事装备：镁合金因其较高的强度和耐腐蚀性能，被广泛应用于军事装备的制造，例如坦克、步枪和防弹衣等。
镁合金材料的创新技术 轻量化和高性能的突破探索
镁合金材料的创新技术轻量化和高性能的突破探索近年来，随着全球对环境保护和能源危机的日益关注，轻量化和高性能材料在各个领域中扮演着愈发重要的角色。
镁合金作为一种优秀的轻质结构材料，因其优异的物理性能和广泛的应用领域备受瞩目。
然而，其在实际应用中仍面临着一些挑战。
为了克服这些挑战并推动镁合金的发展，科学家们不断探索创新技术，致力于实现轻量化和高性能的突破。
一、合金强化技术的应用合金强化技术是提高材料强度和硬度的关键方法之一。
在镁合金的应用中，合金强化技术可以有效改善其低强度和差韧性的缺点。
常见的合金强化技术包括固溶强化、析出强化和织构强化等。
固溶强化是通过合金化元素的溶解提高了镁合金的强度。
例如，铝、锌、锶等元素可与镁形成固溶体，增强了镁合金的机械性能。
在发展镁合金材料时，科学家们通过合理控制合金化元素的含量和合金化工艺，达到了显著提高材料强度和韧性的效果。
析出强化是利用细小的析出相均匀地分布在基体中，阻碍位错的滑动和移动，从而提高材料的强度。
常见的析出相包括硬质的Mg17Al12相和Mg2Si相等。
通过合理的热处理和时效处理，镁合金中形成的析出相能有效提高材料的硬度和强度。
织构强化是通过控制材料的晶粒取向和组织结构来提高材料的力学性能。
通过热轧、挤压等变形加工工艺，可以使镁合金的晶粒获得优化的取向，从而提高其强度和塑性。
此外，通过合适的热处理，还能生成织构结构，进一步提高材料的高温强度和韧性。
二、表面处理技术的创新镁合金的应用范围广泛，需要具备良好的耐腐蚀性和表面功能化。
然而，镁合金本身易受腐蚀，尤其在湿热环境下更为明显。
为了解决这一问题，科学家们提出了多种表面处理技术，如阳极氧化、电化学沉积、激光表面处理等。
阳极氧化是一种常用的表面处理方法，通过在镁合金表面形成致密的氧化层，提高材料的耐腐蚀性和表面硬度。
电化学沉积是将金属或合金沉积在镁合金表面，形成一层保护层，提高镁合金的耐腐蚀性和摩擦性能。
激光表面处理是利用激光在材料表面进行局部熔化和再凝固，形成微细晶粒和弥散相，从而提高镁合金的表面硬度和耐磨性。
生物可降解镁合金的发展现状与展望
生物可降解镁合金的发展现状与展望如下：
发展现状：
生物可降解镁合金是一种具有良好生物相容性和降解性能的金属材料，在医疗领域具有广泛的应用前景，如生物可降解支架、骨接合器和螺钉等器械，用于骨折修复和骨缺损修复。
此外，镁合金还可制备成人工骨骼和关节等替代品，应用于人体仿生学和生物医学工程。
镁合金的表面性能得到改善，如提高了其耐腐蚀性和降解均匀性。
生物可降解镁合金的合成和表征方面也取得了一定的进展，研究人员通过调整合金中元素的种类和含量，控制其降解速率和机制，提高了材料的力学性能和生物相容性。
发展前景：
尽管生物可降解镁合金的研究已取得一定的进展，但仍面临一些挑战，如镁合金的降解速率还不够理想，需要在降解速率和力学性能之间做出平衡。
随着科技的发展，未来可以通过进一步研究和改进制备方法，提高生物可降解镁合金的性能，以满足医疗领域的需求。
未来可以进一步探索生物可降解镁合金在其他领域的应用，如环保、能源等领域。
镁合金常见缺陷
镁合金常见缺陷特征、原因和防止措施1、氧化冷隔1.1 特征金属液流被氧化隔开而未熔合一体，严重时成为欠铸。
常出现在铸件的顶壁上、薄的水平或垂直面上、厚薄转接处或薄筋条上。
1.2 原因（1）浇注温度过低，合金流动性差。
（2）型腔排气不良，阻碍合金液的流动。
（3）浇道、横浇道或内浇道的面积不够，金属液充填的速度缓漫或流动的距离太远。
（4）型芯错位或移动，使某一部位的壁厚明显变薄。
1.3 防止方法（1）适当提高浇注温度和金属型温度。
（2）增加铸型、型芯的排气能力。
（3）合理选择浇注系统的位置、数量和面积。
（4）增加铸件某一部位的厚度。
（5）保持金属液流平稳、均匀而无紊流地进入铸型。
2、夹杂2.1 氧化皮2.1.1 特征断口呈深灰色、黑和浅黄色而不规则的点或小块状存在于铸件内部，外形上呈薄片、皱皮或团絮状，有时还带有少量的熔剂。
薄壁铸件则常露于表面。
2.1.2 原因（1）合金熔炼过程中因生成氧化物而造成的夹杂。
主要原因是炉料不清洁，熔剂不干燥，精炼作用不完全，浇注前的静止时间不够以及熔炼操作不当。
（2）浇注过程中因形成氧化皮而造成。
主要原因是浇注系统设计不合理，浇注时合金剧烈氧化或产生涡流以及浇注操作不当。
（3）铸型本身原因：主要是砂型及型芯哄烤不良，保护剂不足，和箱后停放时间过长，型砂过湿，型砂捣得太实等。
2.1.3 防止方法（1）保护炉料清洁、熔剂干燥，仔细精炼，充分静置并往合金加入少量的铍。
（2）正确设计浇注系统，采用过滤器，启动坩埚要平稳，正确浇注，避免氧化和燃烧。
浇注时不断撒以硫磺、硼酸或喷以保护气氛。
（3）造型操作要正确，控制型砂水分，砂芯要干透，控制好合箱时间。
2.2 熔剂夹杂2.2.1 特征（1）大块熔剂夹杂在铸件内呈水滴状，常与熔渣同时出现。
细小熔剂夹杂呈分散状，经过一段时间后在铸件表面上或断口上呈暗色斑点。
（2）表面上的大块熔剂夹杂在出型后暗褐色，而细小熔剂则难以被发现。
（3）熔剂夹杂一般分布在浇注系统和内浇道附近或铸件下部。
可降解镁合金医疗器械的研发现状分析
可降解镁合金医疗器械的研发现状分析发布时间：2022-08-18T07:39:54.968Z 来源：《中国建设信息化》2022年4月8期作者：张良[导读] 近年来，伴随医学的进步和发展，关于生物医学材料的研究也成为了研究的热点，镁合金因力学性能优良、生物相容性较好、张良身份证号 37032219920617****摘要：近年来，伴随医学的进步和发展，关于生物医学材料的研究也成为了研究的热点，镁合金因力学性能优良、生物相容性较好、可降解吸收等特点，逐渐受到了医学界的广泛关注。
但是，当前在医学领域内，关于镁合金仍是停留在了初步研究和探索阶段。
本文结合镁合金应用优势方面的分析，对其在医学领域内的研发现状进行探讨，并展望其发展前景。
关键词：可降解镁合金；医疗器械；研发现状目前，临床中所应用的金属材料，普遍具有韧性良好、高强度及弯曲疲劳强度等优势，凭此也获得了较好的应用效果。
但是，以钛合金、不锈钢等为代表的传统金属材料，均为生物惰性材料，其经植入人体后，无法进行自行降解，需借助手术进行取出，该情况不仅增加了患者痛苦，其就医费用也会相应增加[1]。
经由上述惰性金属材料所制备的医疗器械，伴随在人体内留存时间的延长，会诱发多种不良情况出现，例如：植入材料经磨损或腐蚀后，能够形成具有生物毒性的离子或金属颗粒，其存在会诱发过敏或炎症反应，从而进一步降低材料的生物相容性[2]。
此外，与人体骨组织力学性能比较，传统金属材料的应用，普遍存在不匹配的情况，尤其是弹性模量，最终引发应力遮挡效应，对骨修复和愈合也产生了较多阻碍。
鉴于上述诸多情况的存在，在医疗器械应用中，积极进行新型可降解型材料的开发，是当前研究的重点和热点内容。
一镁合金作为医用材料的优势（一）具备较好的生物相容性镁是人体中必须的一种微量元素，并在组织结构构成中发挥着关键性作用，机体血清中镁的正常浓度：1.5-2.5mmol/L，正常含量：25g，几乎在人体内所有的新陈代谢活动中均有参与，如肌肉收缩、加速骨质愈合、抑制神经异常兴奋以及调节体温等等。
2024年镁合金的危害及防护（三篇）
2024年镁合金的危害及防护近年来，镁合金压铸在国内发展很快，但是由于镁合金有别于锌、铝合金，性质比较活泼，易燃易爆，且国内大多厂家对镁合金压铸的经验不多，尤其是在安全方面。
因此，在进入镁合金压铸之前有所顾虑。
本文试从人、设备、厂房布置及事故处理几方面总结镁合金压铸安全方面的一般程序及方法。
1、镁合金的危害及防护原理镁在高温下可与多种物质发生放热反应。
镁在高温下与氧气发生反应，生成MgO，并有白光及热量产生。
2Mg+O2=2MgO镁在高温下与水发生反应，生成氢气，同时产生氢爆。
Mg+H2O=MgO+H22H2+O2=2H2O镁与铁锈在高温下发生反应，并产生大量的热3Mg+Fe2O3=3MgO+2Fe但在常温下，镁是安全的，与水和氧气也不会发生反应。
传统上，镁合金压铸在熔炼时采用覆盖剂覆盖在镁液表面，但这种方法影响镁液的质量，易产生夹渣，现在已很少采用。
现在的镁合金压铸一般采用SF6\CO2\N2气体保护。
保护的机理是在镁液表面形成一层连续的致密保护膜，阻止镁液与氧气的接触和进一步氧化。
因此，镁合金的防护要点即是阻止镁在高温下与含氧物质，如氧气、水、铁锈的接触。
2、压铸生产安全2.1、镁合金压铸过程中的安全涉及个人防护、熔炼安全、压铸安全。
作业者的个人防护是从事镁合金压铸的基本条件，一般情况下，下面的防护装备是镁合金压铸人员的基本保护用品：(1)工作服(2)安全帽(3)防护面罩(4)隔热石棉手套(5)防火衣裤(耐热700℃以上)(6)安全鞋操作人员在进行作业以前，一定要按上述要求穿戴防护用品，未穿戴防护用品的人员不要靠近作业区域，不能进行操作。
2.2、镁合金的熔炼是生产中的重要环节，也是镁合金压铸中安全的关键环节。
镁合金熔炉不能使用含镍的不锈钢，同样熔炼工具也不可使用含镍的不锈钢。
炉体最好有双层结构的设计，当内层坩锅破裂时，镁液可流到内外层之间的夹层中，同时报警停止加热，使熔化的镁液不至流到外面造成危险。
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镁合金作为生物医用材料的潜在优势、存在的问题及解决思路摘要近几十年来，镁及其合金在医疗领域的价值正飞速提升，应用也日益广泛，其作为硬组织植入材料与现有的各种临床金属植入材料相比有许多突出的优点[1]。
然而，镁合金当然也不完美，也存在缺点，令其应用受到限制[1]。
那么，这些优势和缺陷究竟是什么如何让其性能更完善呢本文就这些问题进行了简要论述。
然而由于笔者才疏学浅，加之时间仓促，文中疏漏之处在所难免，尚有待进一步修改和完善，同时敬请各位读者多多批评指正。
关键词：镁合金，医用材料，植入体，腐蚀一、引言目前的生物医用材料主要有部分金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等[1]。
医用金属材料与高分子材料和无机非金属材料相比，具有较高的强度、韧性和加工性能，因此应用最为广泛[2]。
目前，临床应用的医用金属主要有不锈钢、钴基合金、钛合金、形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、镐等。
但临床应用表明，以上材料均存在弊端[3]，如：1.某些金属植入体含Al元素[4]。
该元素可对器官造成损伤，且能导致骨软化、贫血[5][6]、老年痴呆及神经紊乱等多种病症[5][6]；2.某些材料会在体内释放出毒性金属离子[1]，引起受体发炎和排异反应[7]；3.部分不锈钢植入体在生理系统环境中会发生缝隙腐蚀、摩擦腐蚀与疲劳腐蚀破裂等状况[8][9]，并因此释放出Ni2+、Cr3+及Cr5+等离子，同时造成假体松动，最终引起植入体失效[10]；4.相当一部分材料的弹性模量与人骨不够相近，例如：不锈钢的弹性模量约为200GPa，钛合金约100GPa[4]，而人骨仅10～40GPa。
这必然会导致应力遮挡效应，进而减少对新生骨组织生长和重塑的诱导作用[1]，并最终造成植入体的不稳定、组织愈合迟缓甚至植入失败等后果[1][11]。
5.不锈钢、钴基合金和钛基合金皆为生物惰性材料，在人体中不发生或仅发生微弱的化学反应，因而在生物环境中相当稳定[4]，无法自行降解[1]。
故病人完全康复后必须再次通过手术将其取出[2]，徒增了患者的痛苦及医疗费用[1]。
然而近年来，镁及其合金的横空出世和飞速发展使这些问题的解决成为了可能。
那么，这种金属到底有什么优点，能克服这么多棘手的困难呢？接下来的一段将回答这个问题。
二、镁合金作为生物医用材料的潜在优势近几十年来，国内外研究发现[3][12][13][14][15]：镁合金作为硬组织植入材料，与现有的各种临床金属植入材料相比有许多突出的优点：1.Mg是人体必需的微量元素之一[1]，在动物体内含量仅次于钙、钠、钾，且在细胞内仅次于钾[4]，与神经、肌肉及心脏功能密切相关[16]，对维持细胞膜结构和调节细胞的生长具有重要作用[17]，是能量传输、贮存和利用的关键元素，还是新陈代谢过程中各种酶系统的重要活化剂，并参与人体内几乎所有的新陈代谢过程，如骨细胞的形成、蛋白质的合成等。
另外，镁具有诱导骨生长的作用，能加速骨愈合，还可以调节DNA和RNA结构，降低癌症发病率，增强心血管的抗病毒能力[1]，减少血液中胆固醇的含量，从而防止高血压、动脉硬化和心肌梗塞等疾病[16]。
而以镁作为医用植入材料势必能增加人体内Mg的含量，这样就可以为患者带来上述诸多好处。
2.镁及其合金的密度约1.7g/cm3，与人骨密度（1.75g/cm3左右）几乎完全相等[1]，符合理想接骨板的要求[4]，植入人体后不会增加患者的负重感和不适感，对其康复十分有利。
3.镁及镁合金的杨氏模量与人体骨骼（10～40GPa）最为相近，约为45GPa，能有效缓解甚至避免应力遮挡效应，因而不会阻碍骨骼的生长和愈合[1]。
4.镁及其合金的比强度和比刚度均很高。
纯镁的比强度约为133MPa/（g/cm3），而超高强度镁合金可达480MPa/（g/cm3），完全满足植入材料的力学性能要求[4]。
5.镁及其合金具有良好的生物相容性，可以在体内自动降解，所以无需再次通过手术取出。
此外，镁的标准电极电位很低，在体内生成的离子可被机体组织吸收，然后通过体液排出体外[1]。
6.镁资源丰富，成本低廉，适合大量开发生产[18]。
三、镁合金作为生物医用材料存在的问题虽然镁及其合金具备很多优于其他金属医用材料的性能，但也存在一些缺陷，使其作为医用植入材料受到限制：1.常规方法制备的镁纯度较低。
目前金属镁的生产主要采用硅热法和电解法，制出的成品中Si、Fe及Cl-等杂质较多，限制了镁合金的应用。
2.镁植入人体后将长期处于弱酸环境中，极易发生腐蚀。
若腐蚀速度适中，释放出的Mg2+对人体是有益的；但如果腐蚀速度过快，降解过程中产生的过量H2就会对人体造成伤害[1]，而同时生成的过量Mg2+也将导致肌肉麻痹、血压过低及呼吸道疾病等[19]。
另外，在机体完全恢复前，植入体的消失殆尽将导致治疗失败。
因此，控制镁合金的腐蚀速度是将其投入临床使用前亟待解决的关键问题之一[1]。
四、镁合金作为生物医用材料存在问题的解决思路由上文可见，提高镁合金的耐蚀性对于医用镁植入材料来说是颇为重要的，目前可行的途径主要包括以下几个方面：1．开发高纯镁合金和新合金杂质是影响镁合金耐蚀性最重要的因素之一，尤其是有害元素如Fe、Ni、Cu和Co等的含量[4]。
控制其在容许极限以下，降低重金属杂质的含量，可以有效提高合金的耐蚀性能[20]。
2．加入稀土元素稀土的低微合金化是开发耐腐蚀镁合金的一个方向。
向镁合金中添加适量的轻稀土元素不但能有效增强其耐腐蚀性和力学性能，同时初步研究表明这样还有利于提高生物植入体的抗凝血行为。
3．形变加工轧制、挤压等形变加工工艺可以使合金晶粒细化，提高致密度，减轻成分偏析，从而使镁合金更均匀，提高耐蚀性。
4．表面改性研究表明，通过在镁合金表面构筑生物活性涂层，不仅能提高植入体的生物相容性，促进其与骨组织间形成直接的化学键性结合，有利于其早期稳定，缩短术后愈合期，而且可以延缓基体在体液中的腐蚀和降解速率。
涂层材料主要是生物活性陶瓷，也可以是生物活性聚合物，目前人们的研究主要集中在磷酸钙基生物陶瓷涂层上。
5．仿生法沉积羟基磷灰石涂层羟基磷灰石（Ca10（PO4）6（OH）2）晶体属六方晶系，每个晶胞含10个Ca2+，6个PO43-和2个OH-。
其理论密度较大，为3.1568g/cm3，折射率为1.64～1.65，莫氏硬度为5，微溶于水，呈弱碱性（pH为7～9），易溶于酸而难溶于碱，是构成骨和牙的主要无机质，具有良好的生物相容性和生物活性，对人体无毒、无害、无致癌作用，且作为人体骨骼的替代材料已有临床应用。
镁合金的力学性能可以通过改变羟基磷灰石颗粒尺寸和分布来进行调整。
羟基磷灰石颗粒稳定了材料的降解速率并使腐蚀更为均匀地进行，与成骨细胞的培养表明复合材料具有较好的细胞相容性[4]。
该方法是近几年发展起来的新方法，适于在多种材质、各种形状的基体上制备磷灰石类涂层。
它具备其他方法无可比拟的优越性：1.由于涂层是在近似于人体组织环境条件下沉积出来的，故其成分更接近人骨无机质，有更好的相容性和骨结合能力。
2.仿生法在低温下进行，能够避免高温引起的相变和脆裂，有利于增加金属基体和陶瓷涂层之间的结合力。
3.低温条件能为蛋白质等生物大分子的共沉积提供可能。
通过改变溶液成分来改变涂层成分，可以使蛋白质、骨生长因子、抗生素等有机物在仿生溶液中与羟基磷灰石共沉积。
4.涂层形成后无需再次热处理即可形成致密的晶体层。
5.该技术可在形状复杂和多孔的基体上形成均匀涂层。
6.所需设备简单，操作方便，沉积工艺易于控制，费用较低[21]。
6．微弧氧化微弧氧化技术（又称微等离子体氧化或阳极火花沉积）是近几年才发展起来的一项在有色金属表面原位生长氧化物陶瓷层的新技术，可在金属表面形成多孔、耐蚀、耐磨的薄氧化层，已在钛种植体表面成功应用，是一种很有希望的医用金属植入体表面生物改性技术[4]。
五、总结综上所述，镁及其合金具有其他诸多材料所无法相比的优点，但其腐蚀速率的控制仍是该材料发展和应用的一大瓶颈。
虽然目前已出现了很多解决方案，却皆无法投入实际应用。
但是我们相信，随着科学技术的进步，这些困难一定能克服，镁与镁合金也必将成为未来医用材料中不可或缺的组成部分。
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