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。第三，生物安全性好。镁是人体必需的营养元素，对人体的新陈代谢等生理作用至关重要。此外镁、锌元素可以促进骨细
胞生长，促进骨折愈合，而过量的镁则可以通过肾脏有效排出体外，不会对人体造成伤害。张小农课题组的研究表明，镁合金棒材植入兔子骨骼内后在18周之内会发生持续降解，而且降解过程并未对兔子的心、肝、脾、肾脏等重要脏器产生不利影响，兔子的血镁浓度在实验过程中始终保持正常水平。动物实验也表明，所用镁锌合金在降解过程中，锌每天的释放量低于0.1mg，大大低于人体必需的摄入量。这些结果充分说明了所用镁锌合金的生物安全性优良。第四，良好的杂质控制水平，课题组采用高纯度的原材料和高洁净度的熔炼制备方式，获得了高纯度的合金材料，除加入的合金元素外，杂质(如铝、铁等)含量控制在0.01%以下。第五，完全自主知识产权。目前张小农课题组所设计的一系列可降解镁锌合金材料已经得到发明专利授权，具备了良好的商业化应用基础。
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，镁锌合金这种材料还存在不足，那就是降解速率比较快，造成骨结合不好。事实上，在生物镁合金的研究领域，对镁合金腐蚀降解速率的控制一直是一个复杂的难题。镁锌合金很容易在水溶液中腐蚀降解，尤其是在含有氯离子的溶液中降解过快，动物体内实验也发现了这一点。而国际上研究的稀土镁合金、镁铝锌合金等的降解速度比张小农课题组研制的镁锌基合金更慢一些。
张小农指出，他们课题组研究的镁锌合金体系没有包括含有铝和稀土的合金。这是因为虽然铝和稀土等元素可以有效地改善镁合金的抗腐蚀性能，降低降解速率，但大量医学研究表明，铝具有明显的生物毒性，尤其对神经系统危害很大；稀土元素会对肝脏和肾脏等重要脏器产生不利影响，而且多余的稀土元素会在体内聚集，不容易排出体外，尤其某些稀土元素会聚集沉积在骨骼中，同钙形成竞争性吸附而取代骨骼中的钙元素。因此，他们课题组把这一类具有很大争议的元素排除在研究范围之外。
张小农告诉记者，他们现在的实验中使用的是镁锌这两种组分的合金，不含其他合金元素，这种合金是一个广泛的体系，根据需要添加其他元素，如添加钙、铁、锰等，可以改善合金微观结构，从而调整力学性能、调节降解速率等。
而表面涂覆可降解聚合物薄膜、电化学沉积磷酸钙盐（如羟基磷灰石）涂层等方法也可以用来控制镁锌合金的降解速率。张小农课题组的体外研究结果表明该方法可以非常有效地减缓镁合金的降解速率，降低氢气析出量。现在他们已经开始了动物体内的二期实验，有关实验完成后将发表最新结果。他们希望最新的研究成果能够满足临床使用的要求。
“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降解材料用于骨科植入器械、血管内支架等临床领域还有很多工作需要完成。对我们课题组来说，目前的主要瓶颈是研究周期很长、资金还不足，需要大动物实验以及后续的人体实验等严格验证其生物安全性以及医疗效果。如果有更充足的资金保证，相信该可降解材料的实用阶段会尽早到来。”
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领域的应用及发展前景
镁合金在生物医用材料领域的应用及发展前景 作者：张佳， 宗阳， 付彭怀， 袁广银， 丁文江， Zhang Jia， Zong Yang， Fu Peng-huai，Yuan Guang-yin， Ding Wen-jiang 作者单位：张佳,宗阳,付彭怀,Zhang Jia,Zong Yang,Fu Peng-huai(上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心,上海市,200240)， 袁广银,丁文江,Yuan Guang-yin,Ding Wen-jiang(上海交 通大学轻合金精密成型国家工程研究中心,上海市,200240;上海交通大学金属基复合材料国 家重点实验室,上海市,200030) 刊名： 中国组织工程研究与临床康复 英文刊名：JOURNAL OF CLINICAL REHABILITATIVE TISSUE ENGINEERING RESEARCH 年，卷(期)：2009,13(29) 被引用次数：8次 参考文献(23条) 1.Thomann Ul;Uggowitzer PJ Wear-corrosion behavior of biocompatible austenitic stainless steels[外文期刊] 2000(01) 2.阎建中;吴荫顺;李久青316L不锈钢微动磨蚀过程表面钝化膜自修复行为研究[期刊论文]-中国腐蚀与防护学报2000(06) 3.任伊宾;杨村;梁勇新型生物医用金属材料的研究和进展[期刊论文]-材料导报 2002(02) 4.张玉梅;郭天文;李佐臣钛及钛合金在口腔科应用的研究方向[期刊论文]-生物医学工程学杂志 2000(02) 5.Long M;Rack HJ Titanium alloys in total joint replacement-a materials science perspective[外文期刊] 1998(18) 6.Nagels J;Stokdijk M;Rozing PM Stress shielding and bone resorption in shoulder arthroplasty[外文期刊] 2003(01) 7.Staiger MP;Pietak AM;Huadmai J Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials:a review[外文期刊] 2006(09) 8.黎文献镁及镁合金 2005 9.Kannan MB;Raman RK In vitro degradation and mechanical integrity of calcium-containing magnesium alloys in modified-simulated body fluid[外文期刊] 2008(15) 10.Heublein B;Rohde R;Kaese V Biocorrosion of magnesium alloys:a new principle in cardiovascular implant technology?[外文期刊] 2003(06) 11.Zartner P;Cesnjevar R;Singer H First successful implantation of a biodegradable metal stent into the left pulmonary artery of a preterm baby[外文期刊] 2005(04) 12.Erbel R;Mario CD;Bartunek J Temporary scaffolding of coronary arteries with bioabsorbable magnesium stents:a prospective,non-randomised multicentre trial[外文期刊] 2007(9576) 13.Duygulu O;Kaya RA;Oktay G Investigation on the potential of magnesium alloy AZ31 as a bone implant[外文期刊] 2007(1) 14.Denkena B;Witte F;Podolsky C Degradable implants made of magnesium alloys 2005 15.Li Z;Gu X;Lou S The development of binary Mg-Ca alloys for use as biodegradable materials within bone[外文期刊] 2008(10) 16.Gao JC;Qiao LY;Li LC Hemolysis effect and calcium-phosphate precipitation of heat-organic-film treated magnesium[外文期刊] 2006(03)
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]。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
浅谈镁合金的应用及腐蚀
重庆科技学院课程结业论文 课程名称：材料制备概论 专业班级： 学生姓名： 学号： 成绩：
浅谈镁合金的应用及腐蚀 摘要：镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），比钢度高，阻尼性，切削加工性、导热性好，电磁屏蔽强等优点，在交通、通讯、电子和航天等领域的应用前景十分广泛，2003年世界和我国原镁产量分别达到51万吨和31万吨，且以每年20%的速度迅速增长。镁合金的应用日益广泛，防腐研究也势在必行。 关键字：镁合金应用腐蚀 镁是地球上储量最丰富的元素之一，陆地上有白云石，湖泊有盐湖，海洋里也存在大量的镁，可谓取之不尽，用之不竭。我国目前在镁工业方面有三项“世界冠军”，第一是镁资源大国，储量居世界首位；第二是原镁生产大国，产量占全球2／3；第三是出口大国，近年的出口量约占产量的80％一85％。镁合金的性能决定了用途，镁合金的防腐延长使用寿命。本文就镁合金的应用及防腐做部分浅析，仅此对镁合金做一个小结。 1.镁合金简介 镁在门捷列耶夫元素周期表中属ⅡA族碱土金属。块状金属镁在室温下呈银白色。原子序数：12，相对原子量：24．3050。原子半径：0．160nm，原子体积：14．0cm3／mol。原子内自由电子状态：1s2 2s22p63s2。在自然界中镁的同位素及其比例：2412 Mg为79％， 25 Mg为10％，2612Mg为11％。镁原子核的热中子吸收率小，仅次于铍。常态镁的热中子12 吸收率为0．063±0．004，2412 Mg为0．03，2512Mg为0．27，2612Mg g为0．03。X射线吸收系数：32．9m2／kg。镁的同位素有利于合金的形成，以及种类的多样化。 具体来说，根据镁合金的主要元素，镁合金有含铝、锌、锆和稀土等五组。在此基础上，镁合金具体有如下几种：Mg-Mn，Mg—A1—Mn，Mg-A1-Zn-Mn，Mg-Zr，Mg-Zn-Zr，Mg-RE-Zr，Mg-Ag—RE-Zr，Mg-Ye—RE-Zr。最近，钍也被加入到镁合金中从而又形成了几种新的合金：Mg-Th-Zr，Mg-Th-Zn-Zr，Mg-Ag-Th-RE-Zr。镁合金中加入稀土，主要是为了提高镁合金在高温下的力学性能。含稀土的镁合金铸件由于价格较高，一般用于航天上。目前汽车行业也开始对这类镁合金产生了兴趣。此外，MgLi合金(密度<1．5g／cm3)以其极轻的重量也受到了航空与军事工业的关注。如LAl41就可作为变形合金产品，有很好的延展性，但耐腐蚀性能较差。从生产过程看，可分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。虽然铸造件是镁合金的主要产品，最近汽车工业的需求大大刺激了变形镁合金的发展。较常用的变形镁合金中含有1．9％的锰或3．5％Al、0．5％Zn和o．25％Mn。变形镁合金的应用受到的限制较大，主要是因为其应力腐蚀破裂敏感性较高。目前铸造镁合金的发展较快。实用的铸造镁合金主要有Mg—A1-Zn，Mg-Mn，Mg-Zr-Zn，Mg-Zr-稀土合金。Mg-A1-Zn合金是最早使用的合金体系，它奠定了镁工业的：基础。Mg-A1系列的合金最大的缺点是高温力学性能差，同时铸造的微孔会在表面上显现。Mg-Zr-Zn合金通常有很细的微观组织结构，其常温力学性能较好。压力铸造镁合金是工业中应用最广的一类镁合金。主要有AZ，AM，AS和AE等4系列。最为典型的合金有AZ91，AM60，AM50，AS21,AS41，AE42等。 2．镁合金的性能 2.1 重量轻：镁合金是结构最轻的材料 2.2 比强度高：镁合金的强度重量比是所有常用工程金属材料中最高的 2.3 超强的吸收塑变能量：镁合金对机械的震荡的吸收能力很强，特别是在高应力下，它
可降解生物医用镁合金JDBM作为颌骨修复材料的应用研究
可降解生物医用镁合金JDBM作为颌骨修复材料的应用研究本论文旨在通过体外评价及体内评价两方面,针对可降解生物医用镁合金JDBM作为颌骨修复材料的临床应用前景作出相关的研究。论文首先以无涂层JDBM,钙磷涂层JDBM(CJDBM)及医用不锈钢316L作为研究对象,评价三种材料的体外生物相容性。 CCK-8方法测量细胞活性实验以及r BMMSC细胞在三种材料表面粘附实验表明,JDBM、CJDBM及316L三种样品均表现出良好的生物安全性及生物相容性。聚合酶链式反应结果显示,CJDBM样品浸提液能够显著促进成骨细胞标记蛋白的基因表达。 其次,选择CJDBM骨钉植入白兔颌骨,研究其体内生物相容性以及骨修复性能,以316L骨钉作为对照组。研究发现,CJDBM颌骨骨钉植入一个月时,由于手术创伤及Mg2+的释放,会升高白兔血清镁含量;但随着植入时间增加以及白兔自身调节,血清镁含量会逐渐恢复正常。 颌骨骨钉的植入未对白兔内脏造成过重负担而引起病变。实验组与对照组的白兔内脏组织切片观察结果显示,心、肝、脾、肾功能均正常,无组织坏死或炎症反应发生。 骨组织切片观察结果显示,CJDBM骨钉在成骨诱导及分化方面明显优于316L 不锈钢骨钉,骨再生前期对类骨质等不成熟骨组织的促进作用更为明显。植入4个月后,CJDBM骨钉周围骨组织更快进入成熟期,骨缝线愈合情况优于不锈钢骨钉。 从同步辐射断层扫描三维重构结果及扫描电子显微镜观察涂层降解结果分析,植入1个月后涂层未完全降解,仍对内部JDBM基体起到一定保护作用;植入4
个月后涂层降解完全,镁合金基体发生轻度降解;植入7个月后镁合金基体持续降解,降解速率有所提升。因此,利用合金化研制开发的新型生物医用镁合金JDBM具有优异的生物安全性及生物相容性。 通过表面处理沉积钙磷陶瓷涂层后,能够显著提高JDBM镁合金成骨诱导性并在一定程度上实现镁合金骨钉在动物体内的可控降解,以解决降解速率不匹配可能导致的材料失效情况,从而满足可降解镁合金作为颌骨植入修复材料的临床要求。因此,可降解生物医用镁合金JDBM在颌骨修复的临床应用方面具有巨大的潜力与前景。
镁合金腐蚀与防护
镁合金的腐蚀与防护 摘要：论述了镁合金的腐蚀形式以及腐蚀机理，同时介绍了镁合金防腐蚀的方法。重点介绍了电镀对镁合金的防护作用。 关键词：镁合金；腐蚀；防护 Corrosion And Protection Of Magnesium Alloys Abstract: Corrosion forms and corrosion mechanism of the magnesium alloy were discussed and the methods of corrosion protection of magnesium alloys were introduced. The plating on magnesium alloy protective effect was introduced. Key words: magnesium alloy; corrosion；protection
0 前言 镁合金作为最轻的工程金属材料，具有高的比强度、比刚度、比弹性模量，以及良好的铸造性、切削加工性能。因此，在汽车、电子、家电、通讯、仪表以及航天航空等领域的应用日益增多，被誉为21世纪绿色工程金属结构材料[1]。 但是，镁合金极易腐蚀，却大大限制了其应用。腐蚀是金属在周围介质的作用下，由于化学变化、电化学变化或者物理溶解产生的破坏。从能量观点来看，金属腐蚀的倾向可从矿石中冶炼金属所消耗的能量大小来判断。凡在冶炼时消耗能量大的金属易产生腐蚀，消耗能量小的则其腐蚀倾向就小，镁与铝铁类似，冶炼时消耗能量较多，故镁较易产生腐蚀。镁的标准电极电位是所有结构金属材料中最低的，是-2.73V。加上镁的氧化膜疏松多空，对基体没有多大的保护能力。作为结构材料，镁合金在使用环境中极易发生腐蚀现象，因而大大限制了它的实际应用。 1 镁合金腐蚀的主要形式 1.1 电偶腐蚀和全面腐蚀 镁的高反应性使得镁很容易与其它相组织形成腐蚀电池而发生电偶腐蚀。电偶腐蚀的阴极可能是金属内部的组织，也有可能是外部与之接触的金属。如果合金中存在Fe、Co、Ni、Cu等的杂质相，镁合金将会发生很严重的电偶腐蚀。而镁合金中形成的正常的相组织之间也会发生电偶腐蚀，电位较低的相充当阳极被优先腐蚀(如镁铝合金中的α相与β相)。研究表明镁合金发生电偶腐蚀的程度主要与以下几种因素有关[2,3]。 (1)腐蚀介质溶液的性质镁合金在酸性或中性溶液中易受腐蚀，但在碱性环境中特别是强碱性环境(pH>10.5)中却相当稳定。当pH值由2.0增加到7．25时，其腐蚀速率降为原来的I／10[4]。但含有Cl-的介质溶液会大大加速镁合金的腐蚀，Mg在3．5％NaCI 溶液中的腐蚀速率比在去离子水中大约增加了4倍。而在铬酸和氢氟酸及含F-的溶液中，由于在金属表面生成起保护作用的钝化膜，降低了镁合金的腐蚀速率。 (2)镁合金的成分当镁合金中含有Al、Zn、Ca、Ag、Cd等元素时，对镁合金的耐蚀性影响较小；但当镁合金中含有Fe、Ni、Cu、Co等元素时，其腐蚀速率将大大加快。 (3)环境的影响镁合金在干燥的空气中能形成有效的保膜，具有较好的耐蚀性能；但在潮湿的空气中，特别是含S02或含Cl2气氛中会遭到严重的腐蚀。
镁合金防腐
摘要 镁及其合金具有许多优良的物理和机械性能,具有较高的比强度和比刚度、易于切削加工、易于铸造、减震性好、能承受较大的冲击震动负荷、导电导热性好、磁屏蔽性能优良,是一种理想的现代结构材料[ ,现已广泛应用于汽车、机械制造、航空航天、电子、通讯、军事、光学仪器和计算机制造等领域。为使镁合金应用于不同的场合,经常需要改变其表面状态以提高耐蚀性、耐磨性、可焊性、装饰性等性能。目前有许多工艺可在镁及镁合金表面上形成涂覆层,包括电镀、化学镀、转化膜,阳极氧化、氢化膜、有机涂层、气相沉积层等。其中最为简单有效的方法就是通过电化学方法在基体上镀一层所需性能的金属或合金,即电镀或化学镀。
目录 摘要 .........................................................错误！未定义书签。 1.绪论 (2) 1.1镁合金表面防腐处理现状 (2) 1.1.1镁合金表面防腐重要性 (2) 1.1.2镁合金表面防腐常用方法及优缺点 (2) 2.镁合金表面防腐综合设计 (6) 2.1所选表面处理方法综述 (6) 2.1.1所用方法及其国内发展现状 (6) 2.1.2所用方法的评价分析 (7) 2.1.3具体工艺流程及注意事项 (7) 2.2 性能分析与检测 (8) 参考文献 (9)
绪论 镁合金优异的物理和机械性能使其近年来得到广泛关注，镁合金的比强度高、刚性好，具有优良的尺寸稳定性、减振性、热导电性和电磁屏蔽能力，并且镁资源丰富、容易回收，这些优点使镁被誉为“21世纪的绿色金属结构材料”，可广泛应用于汽车零件、3C产品、航空航天和军工等领域[1]。但是，镁的应用和研究相对其它金属严重滞后，原因在于其韧性低、高温性能和耐腐蚀性能差，而且加工成形比较困难。与铝、钛能生成自愈钝化膜不同，镁表面生成的氧化膜疏松多孔，不能对基体起有效保护作用，因此，在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中，镁均会遭受严重的化学腐蚀，这极大地阻碍了其广泛应用。 通过熔体净化技术可以降低镁合金中Ni、Cu、Fe等有害元素的含量以改善其耐蚀性，但幅度有限。通过合金化的方法来改善其性能，特别是期望发现“不锈镁”的努力至今还没有取得进展,所以，镁合金零件在使用前须经过一定的表面改性或涂层处理。目前，电化学镀层、转化膜等工艺技术已经应用于镁合金的防护，气相沉积涂层、涂覆、表面热处理等方法也受到密切关注，高能束熔覆等新技术也被尝试应用于镁合金表面性能的提高。 1.1镁合金表面防腐处理现状 1.1.1镁合金表面防腐重要性 我国是世界原镁生产和出口第一大国，2003年我国的原镁产量占全球产量的66%[1,2]。但是，我国镁合金的研究和应用开发却相对滞后，其中一个重要的原因是镁合金的防腐问题没有很好地解决。镁是所有工业合金中化学活性最高的金属元素，其标准电极电位为一2. 37V，在常用介质中的电位也相当低C31。镁合金在大气中的耐蚀性主要取决于大气的湿度与污染程度，腐蚀形成的氧化膜疏松，使腐蚀加剧，并且会阻碍表面处理的进行。另外，镁合金与其它金属接触时，一般作为阳极发生电偶腐蚀，阴极是与镁直接有外部接触的异种金属，也可以是镁合金内部的第二相或杂质相，后者在宏观上表现为全面腐蚀。为了拓宽镁合金的应用领域，其防腐问题成为了一个研究热点。一方面是从镁合金材质的本身着手，开发更耐腐蚀的镁合金;另一方面就是进行适当的表面处理。 1.1.2镁合金表面防腐常用方法及优缺点 镁合金的表面处理方法主要有:阳极氧化处理、微弧氧化处理、化学转化膜处理、电镀、热喷涂防护层E81、激光表面改性和气相沉积等。 1．阳极化处理 (1) 阳极氧化 镁合金阳极氧化膜耐蚀性高，也可以作为涂装的底层。镁在阳极氧化的过程中先形成一层致密的阻挡层，当氧化膜达到一定厚度时，由于其拉应力过大
镁合金AZ91D在氯化钠溶液中的腐蚀行为
第30卷 第1期 2010年2月 航 空 材 料 学 报 J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LS V o l 30,N o 1 F ebu rary 2010 镁合金AZ91D 在氯化钠溶液中的腐蚀行为 白丽群1,2 , 舒康颖1 , 李 荻 2 (1.中国计量学院材料科学与工程学院,杭州310018;2.北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083) 摘要:通过容量法、失重法和电化学阻抗谱(E IS)方法研究了镁合金AZ91D 铸件及压铸件在5%氯化钠溶液中的腐蚀及电化学腐蚀行为。利用扫描电子显微镜(SE M )、能量色散谱(EDS)和X -射线衍射(XRD )方法研究了腐蚀产物表面形貌及其组成。结果表明:两种合金的腐蚀产物相同,由块状的化合物氢氧化镁[M g (OH )2]和松枝状的水合氢氧化镁氯化物[M g 2C l (OH )3 4H 2O ]组成;镁合金A Z91D 压铸件的耐腐蚀性能比镁合金A Z91D 铸件好;并通过浸泡过程中电荷转移电阻(R t )和双电层电容(Y )的变化解释了两种合金的耐腐蚀性能差异。关键词:镁合金A Z91D;耐腐蚀性能;E IS ;腐蚀产物DO I :10 3969/j i ssn 1005 5053 2010 1 012 中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2010)01 0062 05 收稿日期:2009 03 21;修订日期:2009 05 18基金项目:国家自然科学基金(50702054) 作者简介:白丽群(1978 ),女,副教授,(E ma il)ba ili qun78@163.co m 。 镁合金被认为是21世纪的 绿色材料 。由于具有质量轻、刚性好、散热性强、有金属光泽、电磁屏蔽性好、易加工和可回收利用等优异的性能而广泛 应用于汽车制造、机械制造、航空航天、通讯、光学仪器和计算机制造、办公设备、光学设备、体育用品等领域[1~3] 。在航空航天和军事领域上,主要用在飞 机、导弹、鱼雷、雷达、卫星上[3] 。然而,耐腐蚀性能较差是限制镁合金应用的关键问题之一。因此,镁合金应用前都要进行适当的表面处理以增强其耐腐蚀性能。但是,合金的微观组织结构影响其表面处理时的成膜过程,表面膜层遭到破坏后合金自身的耐腐蚀性能对合金的腐蚀快慢起决定作用。本研究以镁合金AZ91D 作为研究对象,通过容量法、失重法和电化学阻抗谱(E IS)等方法研究了镁合金AZ91D 铸件及压铸件在5%氯化钠溶液中的腐蚀及电化学腐蚀行为。利用扫描电子显微镜(SE M )、能量色散谱(EDS)和X 射线衍射(XRD)方法研究了腐蚀产物表面形貌及其组成。并监测浸泡过程中E I S 的变化,通过电荷转移电阻(R t )和双电层电容(Y)的变化解释了两种合金的耐腐蚀性能差异。 1 试验方法 试样材料为镁合金AZ91D,其化学成分(质量 分数/%)为:A l 8.5~9.5,M n 0.17~0.4,Zn 0.45~0.9,Fe 0.004,S i 0.05,N i 0.001,Cu 0 015,镁余量。试样规格为20mm 30mm 150mm,表面依次通过180~800# 碳化硅水磨砂纸打磨,用自来水及去离子水清洗,丙酮擦洗后晾干,置于干燥器中待用。实验前利用2%~5%金属清洗剂,50 对试样进行除油3m i n 。 采用5%NaC l 溶液(p H =6.8~7.0)35 1 全浸腐蚀实验,面容比为1 20,测量浸泡过程中镁合金试样因腐蚀而析出的氢气量(容量法)来评定 镁合金的耐腐蚀性能[4] 。试样浸泡取出后依次通过:铬酸溶液清洗(200g /L C r O 3+10g /L Ag NO 3) 去离子水漂洗 热风吹干 称重,计算试样的腐蚀 失重量[5] 。分别用S 530型扫描电子显微镜(SE M ),Link ISI S 能量色散谱仪(EDS )和D /m ax2200PC 自动X 射线衍射仪(XRD)观察镁合金腐蚀前后表面形貌,分析腐蚀产物。 电化学测量仪器为C H I660a 型电化学工作站,电化学阻抗谱的24h 跟踪测试在自腐蚀电位下进行,实验温度为35 1 ,腐蚀介质为5%NaC l 溶液,用金属网包覆三电极体系,饱和甘汞电极为参比电极,大面积铂片为辅助电极。研究电极为镁合金试样,工作面积1c m 1c m ,用氯丁橡胶涂封。测量范围为1 10-2 ~1 105 H z ,采用Zsi m pw in 软件进行解析。 2 结果与讨论 2.1 腐蚀速率 图1和图2分别是采用容量法测得的镁合金试
生物医用镁合金表面PLGA涂层研究
生物医用镁合金表面PL GA涂层研究3 赵常利,张绍翔,何慈晖,李佳楠,张蓓蕾,张小农(上海交通大学材料科学与工程学院,上海200240) 摘 要: 镁及镁合金作为可降解吸收生物医用材料的研究已得到关注,但与传统可降解材料相比其腐蚀降解较快,可能导致提前失效。以高纯的Mg2Zn合金为研究材料,采用浸涂提拉法在其表面得到PL GA涂层。结果表明,PL GA涂层致密均匀,耐蚀性好,降解周期长,可以有效保护镁合金在植入初期不发生腐蚀降解,延长其发挥功能的时间,达到良好的医学适用性。 关键词: 生物镁合金;PL GA涂层;腐蚀降解 中图分类号: T G146.22;R318.01文献标识码:A 文章编号:100129731(2008)0620987203 1 引 言 最近,纯镁及镁合金在生物医用领域的应用已得到越来越多的关注[1～4]。镁是人体所必需的元素之一,是人体内含量仅次于钾的细胞内正离子,参与体内一系列新陈代谢过程,包括骨细胞的形成,加速骨愈合能力等。纯镁的密度仅为1.74g/cm3,与人骨的密质骨密度(1.75g/cm3)极为相近,镁合金有较高的比强度与比刚度,且加工性能良好。镁及镁合金的杨氏弹性模量约为45GPa,与人体密质骨弹性模量相当(如人体胫骨纵向弹性模量为18.6GPa[5,6]),远低于Ti6Al4V 钛合金及316L不锈钢的弹性模量(分别为110和约200GPa),能有效缓解应力遮挡效应,促进骨愈合。镁的化学性质十分活泼(-2.37V vs SCE)[7],易于与水溶液发生反应而腐蚀,在富含Cl-离子的人体生理环境中耐蚀性差,可以利用其不耐腐蚀的特点将镁及其合金发展为可降解硬组织植入材料,在完成功用的过程中,材料被逐步降解并为人体所吸收或代谢。但镁在腐蚀介质中产生的氧化膜疏松多孔(PB R=0.8),尤其在含有Cl-离子的腐蚀介质中,MgO表面膜的完整性会遭到破坏,导致腐蚀加剧,使镁合金植入材料在人体内不能维持足够的时间而提前失效,因此,提高镁及镁合金耐蚀性是确保其在该领域获得良好应用效果的前提条件。近几年很多学者对此进行了研究,任伊宾等[8]探讨了杂质及材料加工状态对纯镁腐蚀速率的影响,提出可以通过调整杂质含量、细化晶粒和固溶处理等方法控制其腐蚀速率;高家诚等[9]则通过热2有机膜表面改性等工艺提高医用纯镁耐腐蚀性能。 对纯镁及镁合金表面进行表面涂层是提高其耐蚀性的方法之一。聚丙交酯2乙交酯聚合物(PL GA)是目前广泛用于医药领域的高分子材料,PL GA是聚乳酸(PL A)和聚乙交酯(P GA)的共聚物,具有良好的生物相容性,可降解,对人体无毒副作用[10],并且还可以通过改变PL A与P GA的配比来调节降解速率,是镁基生物医用合金理想的涂层材料之一。 本文通过对医用镁合金表面进行PL GA浸涂,获得了致密均匀的PL GA涂层,并对涂层后镁合金的腐蚀性能进行了研究,以期获得可控腐蚀降解的镁合金生物材料。 2 实 验 试验采用的材料为生物医用Mg2Zn合金。合金系自制,采用高纯度的原材料冶炼而成,杂质含量Fe ≤0.0038%、Si≤0.0016%、Ni≤0.0005、Cu≤0.0005、Al≤0.0085。合金化提高了材料的力学性能,满足植入材料对力学性能的要求;对合金杂质的严格控制提高了医用合金本身的耐蚀性。试验采用的涂层材料为PL GA颗粒(重均分子量M w=140000,m(PL A)∶m (P GA)=90∶10),有机溶剂为氯仿。 试验采用浸涂提拉法在医用镁合金表面获得PL2 GA涂层。首先取尺寸为 11.3mm×2mm医用Mg2 Zn试样,将PL GA分别按质量百分比2%和4%(质量分数)溶于氯仿,然后将试样放入溶液浸涂一段时间,随后以一定的速率拉出,晾干,待溶剂挥发PL GA固化,获得涂层。 为研究涂层对材料腐蚀降解性能的影响,本研究分别采用电化学方法和静态浸泡方法测试了其腐蚀性能。电化学实验采用电化学测试工作站PA RSTA T 2273,采用三电极体系,其中为工作电极为测试试样,参比电极为KCl溶液饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为石墨棒。实验所得数据均相对于参比电极而言。实验采用溶液为生理盐水(0.9%NaCl溶液,中国上海百特医疗用品有限公司制造),测量前,先将有涂层Mg2 Zn合金试样及无涂层合金试样在溶液中浸泡,待得到稳定的开路腐蚀电位(OCP)后,在低于开路腐蚀电位250mV左右进行正向动态阳极极化扫描速率为1.0 mV/s,最大扫描终止电位为1.6V。 789 赵常利等:生物医用镁合金表面PL GA涂层研究 3基金项目:国家自然科学基金资助项目(30772182) 收到初稿日期:2007211209收到修改稿日期:2008201229 通讯作者:张小农作者简介:赵常利 (1977-),河北衡水人,助理研究员,主要从事生物材料研究。
医用镁及镁合金材料表面改性的应用
医用镁及镁合金材料表面改性的应用 摘要 镁是可被人体吸收的常量元素,且具有较高的比强度和比刚度,在医用植入材料领域具有广阔的应用前景。本文综述了医用镁及镁合金作为生物医用材料的表面改性技术的研究现状。 关键词：镁合金；表面改性；生物医用材料 1 镁及镁合金作为医用材料的优点 1.1 优良的机械性能 镁属于轻金属，在现有的工程用金属中密度最小，仅为1.74 g/cm3，并且与人骨的密质骨密度(1.80 g/cm3)极为接近。其导热率好，无磁性，对CT 或磁共振图像干扰小。镁及镁合金的机械性能比其他常用金属材料更接近天然骨，如用作植入材料，其适中的弹性模量能够有效缓解应力遮挡效应，对骨折愈合、种植体的稳定具有重要作用。镁合金具有很好的流动性与快速凝固率，尺寸稳定性好，是良好的压铸材料，且容易切削加工。 1.2 生物活性、介导成骨作用及生物相容性 镁是人体必需的元素，人体含量仅次于钾、钠、钙，几乎参与人体所有的新陈代谢活动。镁也是组成骨的主要成分，能促进骨、牙齿及细胞形成并在骨的矿物质代谢中起重要的调节作用。含有镁离子的生物陶瓷种植体、胶原的表面成骨细胞黏附增加，整合素表达及信号传导蛋白基因表达增高，骨整合能力增强。镁基种植体较聚乳酸表面有更多钙磷酸盐形成，周围骨量增加，提示高浓度的镁离子可提高成骨细胞的活性；在体外环境中镁可促进磷酸钙沉积，增加介导成骨作用，同时改善原位耐蚀性。 1.3 可降解性 镁的标准平衡电位为-2.34 V，低于其他工业合金；氧化膜疏松多孔，不能对基体起到良好的保护作用，尤其是在含有氯离子的腐蚀介质中，呈示出较高的化学和电化学活性，作为可降解材料具有其天然优势。 2 存在的问题 镁及镁合金的耐蚀性能较差，很容易发生点蚀，在有Cl-存在的环境中腐蚀速率更快，且在周围介质的pH值低于11.5时，镁合金在人体内的腐蚀会加快。人体内的pH值约为7.4，在手术后的人体代谢吸收过程中可能会引起人体内二级酸液过多症，使体内环境的pH值低于7.4，所以镁合金作为植入材料在体内会加速腐蚀。虽然镁是人体的常量元素，但吸收过量镁离子对人体也是有害的。因此，对镁和镁合金腐蚀本质的研究以及表面改性技术的完善成为镁和镁合金在生物材料领域应用的关键。传统的镁合金表面改性方法有很多，但作为生物材料长期(或临时)与人体接触时，必须充分满足与生物体环境的相容性。 3 表面改性方法 研究表明，通过在镁合金表面构筑生物活性涂层，不仅能提高植入物的生物相容性，促使植入体与骨组织间形成直接的化学键性结合，有利于植入体早期稳定，缩短手术后的愈合期，而且可以延缓基体在体液中的腐蚀和降解速率。使目前医用镁及镁合金材料表面改性的方法主要有：等离子喷涂、溶胶-凝胶、电化学沉积、稀土转化膜、微弧氧化和仿生法等。 3.1 等离子喷涂
高性能镁合金发展现状与趋势
高性能镁合金发展现状与趋势 摘要 随着人们对能源和环境的日益关注，镁及镁合金的应用正在受到前所未有的关注。镁是我国少有的几种优势金属资源之一，在过去的15年里，我国的镁工业从弱小到壮大，目前已成为世界上原镁生产的绝对大国，2003年镁产量更是占世界总产量的60%以上。从2000年开始，在师昌绪等院士的直接推动下，我国镁合金的研究和应用也取得了举世瞩目的成绩，逐步从镁生产大国向镁研发和应用强国迈进。过去5年里，我国在高性能镁材料的研究，镁加工装备的开发以及镁合金深加工产品的开发应用方面都取得极大的进展。从镁产业的角度来讲，已经形成了从原材料到深加工一直到应用的完整产业链，从镁研究开发的角度来讲，已经初步形成了从基础研究到应用研究一直到产品开发的完整科研开发体系。镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料，近年来已成为全球学术界的一个研究热点，并越来越受到工业界的重视。目前我国在镁合金的研究和应用上取得了很大进展，已经研制出耐热镁合金、高强高韧镁合金等新材料，在变形镁合金领域也取得了突破，本文重点介绍几种有特色和良好应用前景的高性能镁合金，以及镁合金成形加工技术的最新研究进展。高性能镁合金包括阻燃镁合金、低成本高强度铸造镁合金和高强耐热变形镁合金，成形加工技术包括镁合金涂层转移精密铸造技术、镁合金熔体复合纯净化技术、不含六价铬离子的镁合金超声阳极氧化表面处理技术、大型镁铸件低压成型技术以及镁板差温拉深工艺。镁合金的深入研究有力地推动了镁合金产业的发展。 关键词镁合金发展现状趋势 正文 1、我国镁及镁合金现状 我国目前在镁工业方面拥有三项"世界冠军"。第一是镁资源大国，储量居世界首位。在青海盐湖蕴藏着氯化镁32亿吨，硫酸镁16亿吨。在辽宁、山西、宁夏、内蒙、河南等省区菱镁矿均有很大储量，仅辽宁大石桥一带的储量就占世界菱镁矿的60%以上，矿石品位高达40%。第二是原镁生产大国，2003年我国共生产原镁35.4万吨，约占全球总产量的67%。第三是出口大国，年产量80%以上的镁出口到国际市场。尽管如此，我国的镁工业还存在着不少问题，主要表现在：1)原镁生产技术比较落后，质量不够稳定，镁锭中的夹杂物和有害元素含量大大超标，难以满足压铸、板材轧制和冲压等高端产品的生产需求;2)出口产品绝大多数是廉价的纯镁锭，镁合金出口比重只有15%左右，镁合金制品出口则更是微乎其微，因此出口利润低效益差，而对于军工生产所需求的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口;3)原创性的研究成果缺乏，目前出口的所有镁合金锭几乎全部按照国外的牌号生产，而且在镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。 中国镁合金产品的生产和应用现状是，镁合金的优势已经被许多企业所认识，在汽车、摩托车和3C产业中镁合金已经开始获得应用，用户包括如上汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海尔等，例如，一汽铸造有限公司AM50镁合金方向盘骨架;镁合金压铸迅速增长，台湾、香港和大陆投资的镁压铸厂分布在向几乎全国各地，各种压铸机数量超过50台;变形镁合金加工开始起步。 2、我国镁合金研究现状 国家相关研究和应用计划包括，科技部组织实施的"十五"攻关计划重大专项"镁合金应用开发及产业化"、"十五"863计划相关项目、重点国际合作计划、科技型中小企业创新基金，国家自然科学基金委立项的国家自然科学基金，国防科工委的民口军工配套项目，经贸委的技改项目，国家发改委的高技术示范工程等。 十五科技攻关重大专项"镁合金应用开发及产业化"的目标是，建立镁合金技术创新体系;
镁合金的生物性能
1，为什么镁合金可以作为生物可降解材料？ (1) 2，镁合金的实验数据与人体测试的差别？ (1) 3，镁合金不适用于做可降解材料的原因？ (3) 4，最适合的材料？ (4) 5，镁合金发展的瓶颈？降解速度过快 (5) 6，各种元素对镁的作用？（论文5） (5) 7，镁合金的发展史？ (6)
1，为什么镁合金可以作为生物可降解材料？ 生物力学性能：密度与人体骨骼最接近。弹性模量为人体骨骼的两倍，不及钛合金的50%，能有效缓解应力遮挡效应（镁的弹性模量和压缩屈服强度和人骨相近，可避免材料弹性模量较高时因应力屏蔽效应造成骨质吸收，而弹性模量过低则不能起到刺激骨生长的作用[5]）。 生理作用及代谢：镁是人体必需的营养元素，与钠、钾、钙元素一起构成人体细胞内外最重要的４种阳离子。镁是多种酶的激活剂和辅助因子。镁是骨骼和牙齿的重要组成部分，对预防骨质疏松有一定作用。就人体循环系统而言，镁可引起血管扩张，同时有防止动脉粥样硬化的作用。镁参与体内三大产热营养素代谢、神经冲动产生与传递、肌肉收缩等［４，５］。肾脏是镁代谢调节的中心，肾小球对血镁进行过滤，９５％～９８％由肾小管再吸收。肾的调节作用可在一定范围内保持血镁正常。因此，将可吸收镁合金的降解速度控制在一定范围内，不超过肾脏代谢能力，就能保持较好的安全性［４，６］。（论文9）镁是人体内含量仅次于钾的细胞内阳离子，在新陈代谢过程中起着重要作用，镁也是组成生物体骨的主要成分，能够促进骨、牙齿及细胞形成并在骨的矿物质代谢中具有重要的调节作用［３］。此外，由于镁合金所具有的金属材料特性，其塑性、刚度、加工性能等都要远优于现已开始临床应用的聚乳酸等可降解高分子材料［４］，因而更适于在骨等硬组织修复和介入治疗方面的临床应用。更令人欣喜的是，全球现有实验中所选用的镁合金在血液及骨环境下进行短期实验观察时均没有不良后果产生［５］镁具有很好的生物相容性，可以减缓细胞膜表面对植入物的排斥。 镁是300 多种酶的共存因子，能够稳定DNA 和RNA 的结构[5]，调节神经肌肉和中枢神经系统的活动，抑制神经的兴奋，保障心肌正常收缩。人体大约70 kg 体重中包含有35g 镁[3]。世界卫生组织提出，镁的每日摄入量男性为300mg，女性为280 mg，儿童为250 mg，婴幼儿为80mg。镁的密度为1.74 g/cm3，而铝和铁的密度分别为镁的1.6 倍和4.5 倍[5] ３ＶｏｒｍａｎｎＪ．Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ：Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ［Ｊ］．ＭｏｌＡｓｐｅｃｔｓＭｅｄ，２００３，２４（１）：２７４ＳｔａｉｇｅｒＭＰ，ＰｉｅｔａｋＡＭ，ＨｕａｄｍａｉＪ，ｅｔａｌ．Ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｎｄｉｔｓａｌｌｏｙｓａｓｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅ－ｒｉａｌｓ，２００６，２７：１７２８ ５郑玉峰，顾雪楠，李楠，等．生物可降解镁合金的发展现状与展望［Ｊ］．中国材料进展，２０１１，３０（４）：３０ 2，镁合金的实验数据与人体测试的差别？ 体外实验缺乏统一的标准，加之体外实验常规方法（失重测试、氢气体积监控、ｐＨ检测、电化学测试、阻抗分析等）各有利弊，同时模拟体液（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｏｄｙｆｌｕｉｄ，ＳＢＦ）的选择更是各有不同（见表１），这使得研究者的实验结果存在不小差别，甚至大相径庭。
镁及镁合金的腐蚀电位
镁及镁合金的腐蚀电位 镁的耐蚀性主要取决于表面氧化膜的性质，这层膜决定了它的耐蚀性，抗化学作用和机械作用的能力。大家知道，镁和镁合金在大气中或者溶液中生产的表面膜非常薄而且是多孔状的。因此，对镁及其合金基本没有很好的防护作用，且膜质脆，所以，镁及其合金极易遭到腐蚀破坏。镁合金之所以耐蚀性差主要有两方面的原因：一是镁中含有微量杂质引起的电化学腐蚀；而是镁合金表面形成的氧化膜体积和生成这些氧化膜消耗金属体积比小于1，不能形成邮箱致密的保护膜。为了深化理解镁的腐蚀行为，不仅要知道热力学上的反应和可能性，而且必须要了解腐蚀过程动力学及其影响因素。 镁及镁合金的腐蚀电位镁的平衡电位在金属中是很负的，其标准电极电位为-2.37V，比铁低约2V，比铝低0.7V左右。在百分之三的氯化钠溶液中腐蚀电位为-1.72V，在海水中为-1.5~-1.6V，在自然界腐蚀环境中，腐蚀电位大多处于-1.3~-1.5V。 镁的腐蚀电位与介质有关，其变化范围较大，一般介于 +0.5~-1.64V之间。镁腐蚀电位随着盐浓度的变化分化成三种：（1）随着盐浓度增大，镁腐蚀电位变负。（2）随盐浓度提高，镁腐蚀电位变正；（3）在低盐浓度的时候，镁腐蚀电位变负，盐浓度高的时候，盐浓度变正。通常情况下镁及其合金腐蚀电位会随着时间的延长而趋正。在试验过程中开始的2到3个小时之间，腐蚀电位急剧趋正，经过10到20个小时以后，腐蚀电位就会趋于稳定。 在氢氟酸溶液中，由于镁表面生产稳定的MgF2保护膜，是镁的腐
蚀电位急剧变正，约为350mV。在中性溶液中，镁腐蚀点Wie为 -1.2~-1.5V，这时候镁和谁会反应出氢气。其中阴极反应为氢去极化反应，与此同时，阴极上也可能发生氧去极化反应。 在薄水膜覆盖或者大气环境中，镁及其合金的腐蚀主要为氧去极化过程。在蒸馏水中，氧和氢去极化作用大致相当。在盐和酸溶液中，主要阴极反应为氢去极化。因此，在0.1mol/L NaCI溶液中高纯镁腐蚀以氧去极化为主，而工业镁和铸造ZM5合金腐蚀则以氢去极化为主。镁合金的电化学行为主要取决于表面膜状态，因此镁的腐蚀电位也主要取决于表面状态。在PH=4~11的溶液中，阴极氯离子可以使镁的腐蚀电位负移。在PH固定的MgSO4溶液中，不同盐使镁腐蚀电位负移的大小顺序为Na2SO4、KCI、KI、KCNS。在Mg中加入铝，使其在不同的溶液中（HCI、NaCI、NaOH）中腐蚀电位随着铝含量的增加（在百分之五十AI之前）而正移。值得指出的是Mg+2%AI合金在酸性和碱性溶液中腐蚀电位比镁还负。在HCI溶液中镁合金腐蚀速度随着铝的含量增加而降低，当含百分之四十八的铝时腐蚀速率最低。在NaCI溶液中随着铝含量的增加腐蚀速度开始增加而后又降低。镁及镁合金的氢超电位随着溶液中性变为碱性而提高。
镁合金防腐蚀技术
浅谈镁合金防腐蚀技术 [摘要] 镁合金以其高比强度、比模量和优异的力学性能,已在众多领域受到广泛关注。但是,由于镁合金化学活性高、耐蚀性能差的缺陷制约了其应用范围。因此,镁合金的表面防护处理(耐腐蚀)极为重要。本文介绍了现今国内外常用的提高镁合金耐腐蚀性的表面处理,并对镁合金的应用前景作了阐述。 [关键词] 镁合金耐腐蚀性表面处理 [abstract] because of high strength,high modulus rate and excellent mechanical perf ormance, the magnesium alloy has receivedwide recognition in many industries. however, its application fields were restricted by the defects of its high chemical activity and poor corrosion resistance. so the preventive disposing on the surface of magnesium alloy is very important. in this paper,the present commonsurface technologies used for improving corrosion resistance of magnesium alloy at home and abroad are introduced. the application prospectof magnesium alloy is discussed also. [keywords] magnesium alloycorrosion resistancesurface treatment 镁在地壳中储量丰富,仅次于铝、铁居第三位。镁属于轻金属,密度为1.74g/cm3,约为铝的2/3、钢的1/5,作为结构性材料有着非常广泛的应用前景。镁合金具有密度小,比强度、比刚度高(见图1),