生物降解镁基非晶合金设计、制备及其降解行为

Compositions of amorphous alloys would be designed by phase calculation software (Pandat 6.0) using Zn, Ca, Mn and Sn elements as the main constitutes. Mg based amorphous alloys would be prepared through rapid solidification method. Microstructure, thermal behavior and glass forming ability would be characterized by XRD, SEM, TEM, DSC and DTA tests to illustrate the correlations between glass forming ability with varieties of alloying elements and content. Degradable behavior of Mg based amorphous alloys in different corrosion mediums including simulated body fluid would be investigated tested by electrochemical workstation, XPS, SEM and TEM. Based on this, the relationship between degradable behavior, degradable rate and microstructure, surface state would be set up.

本项目拟采用Zn、Ca、Mn、Sn等元素作为合金组成元素，借助相图计算软件Pandat6.0进行非晶合金成分设计，利用快速凝固方法制备镁基非晶合金。通过XRD、SEM、TEM、DSC、DTA等研究合金的微观组织、热力学行为及非晶形成能力，揭示合金化元素种类及其含量与非晶形成能力之间存在的关系。在此基础上，利用电化学工作站、XPS、SEM、TEM等研究镁基非晶合金在不同腐蚀介质（包括模拟体液）中的降解行为，探究材料微观结构、表面状态与其降解行为及速率的关联，并构建数值模型，为开发生物友好的镁基可降解医用材料提供基础理论和科学依据。

金属非晶材料化学成分均匀，且结构中不存在晶界、沉淀相、相界面和位错等容易引起局部腐蚀的部位，具有优异的抗腐蚀性能。镁基非晶材料同时具有良好的耐蚀性和生物相容性，作为潜在的医用可降解生物材料具有广阔的应用前景。本项目以生物相容性好的Mg、Zn、Ca、Sn等元素作为合金组成元素，借助相图计算软件Pandat6.0进行非晶合金成分设计，得到了Mg-Zn-Ca三元合金的深共晶点。研究了合金的熔炼制备工艺，能够制备出化学成分误差较小(<5%)的合金母合金，为精准研究合金成分对非晶形成能力的影响奠定了基础。利用快速凝固方法制备非晶态合金，通过实验方法验证了相图计算的结果。研究了Mg-Zn-Ca三元系铸态母合金与非晶态合金在模拟体液中的腐蚀行为。研究了Sn元素的添加对Mg-Zn-Ca合金非晶形成能力及在模拟体液环境中腐蚀行为的影响。在合金化元素种类及其含量与非晶形成能力及腐蚀性能之间存在的关系取得了一定进展。研究了多晶Mg-Zn-Ca和Mg-Zn-Sn合金的微观组织，讨论了合金化元素含量对析出相种类及含量的影响，以及对合金腐蚀性能的影响。在以上工作基础上，进一步优化了合金成分，得到了非晶形成能力优于深共晶点成分的合金。