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
等离子喷涂是以等离子弧为热源，将金属或非金属粉末加热至熔融或半熔融状态，并随高速气流喷射到工件表面，形成覆盖层，以提高工件耐蚀、耐磨、耐热等性能的表面工程技术。等离子喷涂方法具有如下特点：等离子焰热量高度集中，可以获得很高的温度，足以熔化任何一种难熔材料；等离子流速较高，使得喷涂粒子以较大速度撞击到基体上，形成的涂层与基体间结合强度较大；对基体热影响小，可以对已加工成形的工件进行表面喷涂；易于实现自动化，且成本适中。但随着研究的深入和临床应用发现，等离子喷涂HA涂层材料尚存在一些问题，主要是由于线性喷涂工艺而造成粗糙基体表面涂层的不均匀和无法进行复杂形状基材的表面喷涂；由于界面应力残留在涂层材料中，造成涂层产生裂纹并使涂层松动或剥落；由于高温的作用易使HA发生分解，在涂层中产生杂质和非晶HA而影响涂层的生物性能；涂层结构不致密，植入人体后，不能有效地阻止生理组织液的渗入。
3.2 溶胶-凝胶
溶胶-凝胶法是将涂层配料制成溶胶，使之均匀覆盖于基体的表面，由于溶剂迅速挥发，配料发生缩聚反应而胶化，再经干燥和热处理，即可获得涂层。与等离子喷涂技术相比，用溶胶-凝胶法制备生物陶瓷薄膜具有以下优点：(1)制备温度低，从而避免了高温分解和热应力过大；(2)虽然溶胶凝胶法的产物可以是无定形，也可以是结晶态，但由于反应在原子、分子水平上进行，因此可在最大程度上提高其化学各向同性；(3)材料制备过程易于控制，产物纯度高；(4)可以在形态复杂的种植体表面形成均匀的涂层；(5)涂层厚度薄且可以控制，可以形成数微米厚的涂层，几乎不改变原种植体表面形态。尽管国内外对溶胶-凝胶涂层已进行大量研究，但仍有以下不足之处：(1) 原料成本较高；(2)存在残留小孔洞；(3)热处理时温度处理不当，可能会导致残留的碳；(4)较长的反应时间；(5)有机溶剂对人体有一定的危害性。不同的溶胶-凝胶配方常在陶瓷薄膜中产生一些有害杂质如CaO、CaCO3等[1]。
3.3 电化学沉积
电化学沉积法是在电场作用下在材料表面沉积生物陶瓷涂层，它的起步较晚。1991年加拿大学者Shirkhanzadeh[2]报道了电化学沉积制备磷酸钙涂层的工艺，将Ca10(PO4)6(OH)2加入到NaCl 的方法获得Ca/P 为1.62的涂层。电化学沉积制备的生物陶瓷涂层晶粒大小均匀，晶体结构完美，有利于提高植入材料的稳定性。胡皓冰[3]等发现用电化学沉积羟基磷灰石(HA)涂层的形成机理是HA在阴极界面直接生成，没有前驱体的存在。阴极电沉积HA陶瓷膜层是一个2步反应的过程，阴极析氢引起阴极界面的OH-离子浓度升高，然后伴随HA 的生成。
(1) H2O + e→H2 + OH-
(2) Ca2++ PO43- + OH-→Ca10(PO4)6(OH)2
但是电化学沉积生物陶瓷涂层主要存在着涂层与基体之间结合强度低，涂层的厚度达不到种植要求等问题。因此，电化学沉积方法获得的单一种的生物陶瓷并不能够满足种植的生物学要求。有人对生物涂层进行了梯度设计，使层间的热膨胀系数匹配，极大限度地减小材料界面的残余应力，从而提高界面结合强度。胡皓冰、林昌健[4]等在含有0.001mol/L Ca(NO3)2和0.00167mol/L NH4H2PO4的电解液中加入体积百分含量为0.0125%的聚乙酸乙烯酯，反应温度为80℃，pH值为6.0，控制电流密度1 ～ 2mA/cm2，制备出HA/聚乙酸乙烯酯复合涂层。试验结果表明：涂层中的磷酸钙盐为纯的羟基磷灰石，涂层与基底之间的结合强度有所提高，与未加聚乙酸乙烯酯的涂层相比，结合强度增加了3MPa。Ban Seiji 等将水热法和电沉积法巧妙地结合在一起，在高压釜中，控制温度80 ～ 200℃，电流密度为12.5 mA/cm2，用水热-电化学法制备出了羟基磷灰石涂层，该涂层中的羟基磷灰石晶体结构完美，涂层与基底的结合力高。
3.4 稀土转化膜
近年来，因替代铬酸盐转化膜工艺而发展起来的稀土转化膜工艺不仅工艺参数少，成本
低廉，无毒环保，而且能在短时间内对镁及镁合金的耐蚀性能显著提高，而备受青睐[5]。关于稀土转化膜的耐蚀机理，Hinton认为，当试样置于含稀土盐的溶液中时，表面便形成了许多腐蚀微电池，在微阳极区，金属溶解(Mg→Mg2++2e-)，而在微阴极区，则发生了去极化剂O2或H+的反应：2H++2e-→H2或O2+2H2O+4e-→4OH-；随着反应的持续进行，阳极极化区的pH值升高，当达到一定值时，稀土盐便会在试样的表面沉积下来，由外到内形成稀土氧化物/基体氢氧化物/基体氧化物的转化膜。
稀土转化膜在成膜过程中，稀土离子最初形核点往往是在金属基体的夹杂与裂缝处，因此形成的转化膜薄厚不均且有微孔。这是稀土转化膜只能在短期内对镁及镁合金产生保护作用的主要原因。人们对稀土转化膜工艺的研究才刚刚开始，对成膜机理还缺乏本质的了解。预计现在针对铝合金开发出的双层稀土转化膜工艺和稀土盐后续封孔工艺，将能进一步提高镁及镁合金的耐蚀性能。
3.5 微弧氧化
微弧氧化(micro-arcoxidation，MAO)是在有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术。它是将铬、钛、镁等金属置于电解质溶液中，在热化学、等离子化学和电化学的共同作用下，使材料表面产生火花放电生成陶瓷层。微弧氧化技术可显著提高上述材料的耐蚀性、耐磨性和硬度，是一种很有希望的医用金属植入体表面生物改性技术，已在钛种植体表面成功应用。微弧氧化处理与其他镁合金表面处理方法比较，具有以下优点:(1)耐腐蚀性、耐磨性能更好；
(2)与基体结合紧密；不易脱落；(3)可在金属表面形成粗糙面，有利于成骨细胞附着；(4)与通常的阳极氧化处理相比，对材料的疲劳强度降低很小。南京医科大学的吴婕[6]等人用微弧氧化对AZ91D镁合金进行表面改性，发现微弧氧化陶瓷表面是由一个个微小的、类似于"火山锥"状的物质相互结合所构成的。每个小"火山锥"中心都有一个小孔，这个小孔是溶液与基体反应的通道，同时也是微弧产生时熔融态的氧化物喷发出的通道，因此陶瓷膜与基体结合非常紧密。而且，粗糙多孔的表面形态使得材料具有较大的表面积，有利于其在生物体内与周围组织的结合，能为新生组织的长入提供支架和通道。
3.6 仿生法
近10 年来发展起来的仿生法，是模拟自然界中生理磷灰石的矿化过程，在自然温和的条件下，在类似于人体组织内环境条件的模拟体液(simulated body fluid，SBF)中，使材料表面自发沉积生物陶瓷。仿生法具有一些其他方法无可比拟的优越性[7]：(1)仿生磷灰石层沉积于类似人体组织内的环境条件，其成分更接近人体的骨无机质；(2)仿生法在低温下进行，可避免高温过程引起的相变和脆裂；(3)可通过改变溶液的成分来改变涂层的成分，可以使蛋白质、骨生长因子、抗生素等有机物质在仿生溶液中与羟基磷灰石共沉积；(4)利用仿生技术可在形状复杂和多孔的基体上形成均匀的涂层,所需设备简单、操作方便、沉积工艺易控制、费用较低。仿生合成的关键是控制无机晶体的异相成核，目前有多种方法可以在金属基片表面进行预处理来诱导晶核生成，以下介绍了两种最常用的预处理方法。
3.6.1 碱热处理
早在20 世纪90 年代初期，为了能在体外评价生物材料的生物活性，配制出了SBF，并探索了用碱溶液活化钛及钛合金表面。用类似的方法来处理镁及镁合金，能显著的提高其耐蚀性能。Kuwahara[8]等人研究了热处理对纯镁耐蚀性能的影响。他们将纯镁(99.9 wt%)在803K下热处理9 ～ 25小时后，再将试样放在HBSS溶液中浸泡。风干后用失重法测量发现部分试样重量不但没有减少，而且有增加的现象。并且增加的重量(质量百分比)与热处理时间成正比。但是碱液处理纯镁时对纯镁的腐蚀严重，涂层疏松，热处理工艺对纯镁表面的生物活性提高，并不明显。因此，高家诚[9]等人在此基础上改进了碱处理工艺的基础上，设计了碱热处理，使碱处理后纯镁表面晶体层更加致密，提高其耐腐蚀性能，并且增强了纯镁的生物活性。
3.6.2 EDTA 自组装
生物矿化中的无机相成核和生长是由生物体所提供的高分子模板控制的，是一种自组装的过程。单分子膜（SAM）是自然界中自组装的典型例子。仿生法制备生物陶瓷复合材料时，可在基片上合成自组装单分子层，再通过单分子层的端基官能团即能在模拟体液中诱导生物陶瓷的沉积，并且能得到结合强度较高的复合材料。
Qing Liu[10]等用自组装技术发展了一种在Ti表面快速沉积HA矿物相的方法。他们用OETS无水戊烷溶液处理钛基片使其表面形成SAM单分子层，再将SAM的双键官能团化，可在基片表面带上-OH，-H2PO4，-COOH。单分子层的端基含有孤对电子将螯合溶液中的钙离子，从而使磷灰石在单分子层上有序生长。
4 展望
镁及镁合金具有比强度和比刚度较高、生物可降解吸收性等特点,作为现有金属生物植入材料的新一代替代产品表现出巨大的优势与潜力,已经引起国内外越来越多研究者的关注,但由于人体环境的复杂性,这种新材料的研究还需一个长期过程。只要通过对镁及镁合金体内腐蚀本质的深入了解和对其生物相容性及表面改性的系统研究,相信在不久的将来,镁及镁合金必定会在医用金属植入材料领域得到广泛的应用。
参考文献
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镁合金成份分析与市场应用
镁合金环球镁/林来康 一.镁合金的发展 镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展目前还很不是很成熟，所以镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90％以上是压铸件。 限制镁合金广泛应用的主要问题是：由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易受外界环境因素的干扰而影响到生产品质，因此，镁合金的生产难度比较大；在镁合金的生产技术还不是很成熟和完善下，镁合金成形技术与后续制程仍然有待进一步推广与发展。 镁合金的耐酸的腐蚀性比较较差；而现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，也限制了镁合金在高温场合的应用；尤其是镁合金的常温力学性能，特别是塑韧性与延展性是还有待进一步提高；所以镁合金的合金系列相对很少，而变形镁合金的研究开发也是严重滞后，不能广泛的适应不同商业的应用场合要求。 我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位。在镁和镁合金的研究和应用领域，我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大'一方面，我国的原镁质量差，镁合金锭的质量也不尽如人意，出口缺乏竞争力，作为结构材料应用。 镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ｚＥ）等合金。 ASTM标准 常用铸造镁合金的牌号及性能
二．常见的镁合金压铸用系列： 目前常用的镁铝合金有4个系列：AZ(Mg-Al-Zn-Mn)，AM(Mg -Al -Mn)，AS(Mg–Al-Si)，AE(Mg-Al-RE)，其中AE 系列镁合金蠕变强度高。AZ 系和AM 系镁合金是目前应用最广泛的商业化Mg-Al 基铸造镁合金。 以下适应压铸或铸造用的镁合金 镁合金的化学成份（ % ）按国标准GB/T19078-2003 应用户需要可加入百万分之 5 到 15 的铍。 镁合金的机械性能： 主要用途：适应用户的要求提供具有各种化学成份和机械性能的压铸或铸造用的镁合金 三.镁合金的新进展 镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程材料。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250Mpa，最高可达600多Mpa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。
高强度轻质镁合金
高强度轻质镁合金 本研究方向主要是针对纳米晶块体材料及材料的表面改性和高强度镁合金材料及其应用开展研究工作。 纳米晶体材料是微观结构特征尺寸位于纳米量级的材料。微观结构包括组成材料的晶体单元、结构单元和材料自身尺度。纳米晶体材料具有许多不同于常规多晶体材料的独特性能，如高的硬度、强度、优异的摩擦、磨损性能和极强的化学扩散能力。着重研究金属材料表面纳米化，即在材料的表面形成具有一定厚度的纳米结构表层，而基体材料仍保持原始粗晶结构。依据表面纳米化制备方法和原理，在块体金属材料表面形成的纳米结构分为表面涂层/沉积纳米化、表面自生纳米化以及混合纳米化三类。 高强度轻合金由于具有高的比强度和比模量，是理想的结构材料之一，在现代汽车、航空航天、通讯等行业有着广阔的应用前景，成为目前国内外研究与开发的热点。山西的镁资源极其丰富，是全国的镁基地，为此开展高品质镁合金的研究与开发具有重要的理论和实际意义。本着服务地方经济建设和产业结构调整的主旨，为打造全国的镁合金基地而不懈努力。 重点针对镁合金材料的熔炼和性能，开展以下几个方面的研究：1）耐热镁合金。耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一。当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使其难以作为关键零件（如发动机零件）在汽车等工业中广泛的应用。耐热镁合金的开发中用的合金元素主要是稀土元素（RE），但由于稀土合金的高成本成为应用的一大障碍。2）耐蚀镁合金。镁合金在室温下很容易被空气氧化，形成氧化膜，膜多孔、疏松、耐蚀性差，严重制约了镁合金应用的；3）阻燃镁合金。镁合金在熔炼浇铸过程中，易发生剧烈的氧化燃烷。现有的熔剂保护法和气体保护虽是有效的阻燃方法，但在应用中产生严重的环境污染，并使合金性能降低，造成设备投资增大。需开发阻燃性能和力学性能均良好的阻燃镁合金；4）高强高韧镁合金。镁合金的强度不高一直成为扩大其应用范围的障碍，用镁合金代替铝合金，往往不得不在铸件设计上加
含氟高分子生物材料的表面改性研究进展
第38卷第10期2010年10月化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICAL M A T ERIA L S Vo l 38No 10 21 作者简介:文晓文(1985-),女,在读硕士研究生,研究方向为含氟功能高分子材料。联系人:张永明,教授,博士生导师。 含氟高分子生物材料的表面改性研究进展 文晓文 李 虹 艾 飞 陈 欢 张永明* (上海交通大学化学化工学院,上海200240) 摘 要 含氟高分子材料因具有优异的稳定性和物理机械性能而成为目前研究和应用广泛的医用生物材料,但是,生物相容性的不足影响和限制了其作为体内长期植入材料的应用。因此,提高含氟高分子材料的生物相容性,尤其是通过表面改性的方法提高其生物相容性是一项有意义的研究课题。分别从改性手段和改性物质两方面综述了近年来国内外含氟高分子生物材料表面改性的研究发展。 关键词 含氟高分子材料,表面改性,生物相容性 Surface modification of fluoropolymer biomaterials Wen Xiao w en Li H o ng Ai Fei Chen H uan Zhang Yongming (Shang hai Jiao T ong U niv ersity ,Shanghai 200240) Abstract Fluoro po ly mer is w idely used as biomedical mater ials due to its o ut standing mechanical pr operty ,chemi cal st abilit y and biolog ical inertness.H owev er,the biocompatibility of fluor opolymer is not satisfied when it is used as lo ng term implant biomedical mater ial.T herefor e,to impro ve t he fluor opolymer s bio compatibility via differ ent strateg ies,especially via surface modificatio n is of sig nificant impo rtance.Recent prog r esses in surface mo dificatio n on fluor opolymers wer e review ed and wer e detailed illustr ated in tw o aspects including t he mo dif ication methods and modifier s. Key words fluor opolymer ,surface modificatio n,biocompatibilit y 含氟高分子材料具有优良的机械性能和化学稳定性,因而成为高分子生物材料中的研究热点。在现有的医用材料中,含氟高分子材料已被广泛应用于人造血管、组织充填物、人造血液、载药体、眼科修复,超声核磁检测等方面[1 3]。总体而言,含氟高分子材料无毒无害,表面能低,所制成的材料在体内呈现惰性,不被生物降解也不引起严重生理反应。但是,现有含氟高分子材料的生物相容性还不能完全令人满意。为了解决这一难题,以含氟高分子材料为基质材料,通过合适的表面改性手段,既保留了含氟材料本体的优点,又赋予其表面更好的生物相容性和特殊功能,可以获得具有理想性能的生物材料[4]。 Kang E T [5] 曾详细介绍了基于分子设计的氟材料表面改 性,但对含氟高分子生物材料研究还比较少。由于含氟材料特殊的表面性能和化学稳定性,对其进行表面改性较一般材料困难,可行方法有限。本文综述了含氟高分子生物材料的表面改性研究概况,并就改性手段和改性物质两方面进行简要介绍。 1 含氟高分子生物材料的改性手段 从改性手段上,主要分为物理吸附法和化学接枝法。物理吸附最为简便也最早使用。例如,可将一次性手术用品直接浸泡肝素溶液,在其表面形成肝素涂层,可以减少使用时与血液接触产生的凝血和不良反应,但失效快,只限临时使用[1]。与物理吸附相比,化学接枝法更为有效,可控性强,稳 定性好,可构建具有生物活性的分子结构,从而达到改变材料生物相容性的目的,目前应用较多。化学接枝法包括等离子 法、辐射法、臭氧活化法、表面A T R P 法、化学试剂法、偶联剂法等,其中前四种较为常用。 1 1 等离子体法 等离子体法是目前使用最广泛的方法。等离子体是电子、离子、自由基、紫外线等的集合体,它能在材料表面引起化学反应和聚合反应。等离子法在材料表面进行接枝聚合主要包括两步:(1)在材料表面引入活性基团;(2)单体在活性基团上开始聚合。T u C Y 等[6]用氧气等离子处理膨体四氟乙烯(eP T F E)表面,将处理后的材料浸入单体溶液进行表面接枝聚合,成功地在表面接枝聚丙烯酰胺,改变了ePT F E 的表面性能,提高了细胞与表面的结合能力。 Zou X P 等[7]通过等离子体法将甲基丙烯酸聚乙二醇酯(P EGM A )接枝到聚四氟乙烯(P T F E)表面:预先将PT F E 表面进行氢气等离子处理,再利用氩气等离子引发PEG M A 在该表面接枝聚合,可以通过控制氩气等离子的射频电源功率和辉光放电时间来控制表面接枝密度。蛋白吸附实验证明,通过表面接枝PEG M A ,可有效降低PT FE 表面对蛋白质的吸附从而提高生物相容性,如图1所示。 K onig U 等[8]用水等离子体处理PT FE 膜,产生自由基,然后进行丙烯酸气相表面接枝反应,在P T FE 膜表面形成稳定均相的聚丙烯酸层,厚度约70nm,用于固定蛋白质。Ko nig U [9]还研究了几种常用等离子体对PT F E 表面的处理效果,结
镁及镁合金的主要物化性能
镁及镁合金的主要物化性能铸造镁合金比变形镁合金使用的更多。铸造镁合金是航空工业中应用最广泛的一种轻合金。用镁合金铸件代替铝合金铸件，在强度相等的条件下，可以使工件重量减轻百分之二十五到百分之三十。镁合金和铝合金一样，根据加工方法可以分为变形（压力加工）镁合金和铸造镁合金两大类。这些年来，随着压铸技术的发展，压铸镁合金已成为镁合金应用的主要领域。此外，镁合金作为牺牲阳极其用途也有了很大的发展。 镁属于轻金属，纯金属镁为银白色，在空气中极易被氧化，形成一层薄氧化膜，可以防止其进一步氧化。 镁化学活性很高，在自然界中很难遇到纯镁矿。在海水中以氯化物存在，约含百分之零点一四，在地壳中以光卤石、菱镁矿、白云石和一些其他化合物形式存在，含量达到百分之二点三五。 制取镁的方法方法有：第一种，熔融氯化镁电解法，它是主要的制镁法；第二种，用硅铁还原氧化镁的硅热法；第三种，用碳还原氧化镁的碳热法。 镁及镁合金的主要物化性能：（1）密度，20摄氏度金属镁的密度是1.738g/cm3，650摄氏度熔化温度下密度约为1.65g/cm3，液态镁密度为1.58g/cm3；（2）凝固体积收缩率为4.2%，相应线收缩率为1.5%；原子叙述12，原子价+2，相对原子质量24.30。热性能：熔点，在标准大气压下，金属镁的熔点是650℃±1℃。沸点在标准大气压下，金属镁的沸点是1107℃±3℃。再结晶温度金属镁的再结晶温
度最低位150℃。再膨胀金属镁固体体积膨胀系数二十摄氏度到一百摄氏度之间为26.1*10-6，液体体积膨胀系数温度在六百五十一摄氏度到八百摄氏度之间为380*10-6。热导率镁在二十摄氏度的热导率为154.5W/(mk)。比热容（C）温度在二十摄氏度的时候镁的比热容是1.025kj。气化潜热金属镁的汽化潜热是5150到5400kJ。熔化潜热金属镁的熔化潜热是360~377KJ。升华潜热金属镁的升华潜热是6113到6238KJ。燃点空气中加热时，金属镁在632摄氏度到635摄氏度开始燃烧。燃烧热金属镁的燃烧热是24900到25200kJ。
生物医用材料
生物医用高分子材料课程总结 一、生物医用材料定义 生物医用材料：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗;生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。 研究内容包括：各种器官的作用；生物医用材料的性能；组织器官与材料之间的相互作用 分类方法：按材料的传统分类法分为： (1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、） (2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖） (3)金属与合金材料(4)无机材料(5)复合材料 按材料的医用功能分为： (1)血液相容性材料(2)软组织相容性材料(3)硬组织相容性材料 (4)生物降解材料(5)高分子药物 二、生物相容性与安全性 生物相容性，是生物医用材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、物理、化学反应的一种概念。生物医用材料必须对人体无毒、无致敏、无刺激、无遗传毒性、无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。 主要包括：1.组织相容性：指材料用与心血管系统外的组织和器官接触。要求医用材料植入体内后与组织、细胞接触无任何不良反应。典型的例子表现在材料与炎症，材料与肿瘤方面。影响组织相容性的因素：1）材料的化学成分；2）表面的化学成分；3）形状和表面的粗糙度： 2.血液相容性：材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互作用材料，影响因素：材料的表面光洁度；表面亲水性；表面带电性，具体作用机理表现在：血小板激活、聚集、血栓形成；凝血系统和纤溶系统激活、凝血机能增强、凝血系统加快、凝血时间缩短；红细胞膜破坏、产生溶血；白细胞减少及功能变化；补体系统的激活或抑制；对血浆蛋白和细胞因子的影响。主要发生在凝血过程，生物材料与血小板，生物材料与补体系统的作用过程。 三、生物医用材料表面改性 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，即生物体不发生任何毒性、致敏、炎症、致癌、血栓等生物反应，这取决于材料表面与生物体环境的相互作用。研究表明：生物材料表面的成分、结构、表面形貌、表面的能量状态、亲(疏)水性、表面电荷等表面化学、物理及力学特性均会影响材料与生物体之间的相互作用。通过物理、化学、生物等各种技术手段改善材料表面性质，可大幅度改善生物材料与生物体的相容性。 主要体现在： 1表面形貌与生物相容性：表面平整光洁的材料与组织接触容易形成炎症和肿瘤，粗糙的材料表面则促使细胞和组织与材料表面附着和紧密结合。不仅增加了接触面积，更会在粗糙表面择优粘附成骨细胞、上皮细胞。粗糙表面的形态对细胞生长有“接触诱导”作用，即细胞在材料表面的生长形态受材料表面形态的调控。例如： 1），与骨接触的医用生物材料表面要求粗糙，表面具有一定粗糙度可促进骨与材料的接触，可显著促进矿化作用。 2）与血液接触的医用生物材料，一般要求材料的表面应尽可能光滑。因为光滑的表面产生的激肽释放酶少，从而使凝血因子转变较少。但孔表面有促进内皮细胞生长的作用。
镁合金的发展及应用
1 / 8 镁合金的发展及应用 摘要：综述镁合金的特点及其在交通、航空航天、兵器方面的应用情况，并结合兵器零件的使用特点和性能要求，分析了镁合金在兵器装备中的应用前景， 展望 关键词：镁合金，特点，发展，应用 1 引言 镁合金的密度很小，是钢的四分之一、铝的三分之二，但镁合金的比强度却大于钢和铝，是最轻的金属结构材料。因此，镁合金在电子产品、汽车、航空航天等需要高比强度金属材料的领域具备广阔的发展前景。但是镁合金的化学活性高，在有机酸、无机酸和含盐的溶液中均会被腐蚀，且腐蚀速率较高，使得镁合金的应用受到了很大的限制。 镁合金是重要的有色轻金属材料，具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏 蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，广泛应用于航空航天、 2 镁合金的特点 （1）重量轻:镁合金的比强度要高于铝合金和钢/铁、但略低于比强度最高的纤维增强塑料；其比刚度与铝合金和钢/铁相当，但却远远高于纤维增强塑料。比强度(强度/密度之比值)、比耐力(耐力/密度之比值)则比铝、铁都要高。在实用金属结构材料中其比重最小(密度为铝的2/3，钢的1/4)。这一特性对于现代社会的手提类产品减轻重量、车辆减少能耗以及兵器装备的轻量化具有非常重要的意义。 （2）高的阻尼和吸震、减震性能:镁合金具有极好的吸收能量的能力，可吸收震动和噪音，保证设备能安静工作。镁合金的阻尼性比铝合金大数十倍，减震效果很显著，采用镁合金取代铝合金制作计算机硬盘的底座，可以大幅度减轻重量(约降低70%)，大大增加硬盘的稳定性，非常有利于计算机的硬盘向高速、大容量的方向发展。 （3）良好的抗冲击和抗压缩能力:其抗冲击能力是塑料的20倍；当镁合金
镁合金防腐蚀技术的现状及发展方向
浅谈镁合金防腐蚀技术的现状及发展方向 摘要：镁合金以其强度、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。 关键词：镁合金防腐蚀表面处理现状发展方向 前言：镁合金由于具有质轻兼顾，易于回收等诸多优点，正在成为钢铁、铝合 金、工程塑料的一种重要替代材料。但镁是极活泼的金属，耐蚀性极差，在潮湿空气和中性、酸性溶液中都容易受到腐蚀。耐蚀性能差成为制约镁合金扩大应用的主要因素之一。改善镁合金的耐蚀性主要有两条途径，一是通过添加合金元素，减少杂质含量，进行适当的热处理等方法改善合金材料本身的耐蚀性，二是对镁合金制品进行适当的表面处理，实现和外部环境的隔绝，阻碍腐蚀的发生。镁合金表面处理常用的方法有化学氧化、电化学氧化、电镀等。 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,阻尼性、切削加工性、导电导热性好,电磁屏蔽能力强,尺寸稳定,易回收等优点,使镁合金在航空工业、汽车、机械设备、电子产品等领域有着非常广阔的应用前景,被称为“21世纪的绿色工程材料”。我国是世界原镁生产和出口大国。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-2.37V,在常用介质中的电位也相当低。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(MgO),但氧化膜多孔而疏松,会使腐蚀加剧,并且会阻碍表面处理的进行。在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中均会遭受严重的化学腐蚀。另外,镁合金与其它金属接触时,一般作为阳极发生电化学腐蚀,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。要扩大镁合金使用范围,充分发挥其优越性能,更好的服务人类,就必须解决腐蚀的问题。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.镁合金表面处理的常见方法 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、有机涂层或有机镀膜、金属涂层(热喷涂防护层)、激光表面改性、气相沉积和离子注入等。 1.1阳极氧化处理 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,由于其拉应力过大而发生局部断裂,膜层下面的金属又逐渐生成新的膜,整个膜层不断增厚。这种膜不仅包含了合金元素的氧化物,而且还包含了溶液中通过热分解并沉淀到镁合金工件表面的其他氧化物。 镁合金可以在酸性溶液中阳极化,也可以在碱性溶液中阳极化。早期的阳极化是利用含铬的有毒化合物的处理液,如Dow17,Cr22以及HAE,这三种工艺都是 MDCC移动开发者大会精彩荟萃智能硬件移动开发产品体验粉丝经济社交游戏
镁合金的四大主要应用领域
镁合金的四大主要应用领域 日前介绍了镁合金目前的主要应用领域,主要分四个方面: (1)交通工具上的应用 随着世界能源危机、资源危机与环境污染问题的日趋严重，节能和轻量化已成为汽车工业的重要问题。采用镁合金制造摩托车发动机、轮毂、减速器、后扶手及减震系统等部件，不仅能减轻整车质量、提高整车的加速和制动性能，还能降低行使震动、排污量、噪声及油耗，可提高驾乘舒适度。重庆镁业科技股份有限公司目前已研制出10余种摩托车镁合金压铸件和挤压铸造镁合金轮毂，并组装了镁合金用量为14kg的隆鑫LX150摩托车，开创了我国摩托车大量采用镁合金的先例。重庆镁业和重庆博奥镁业现已形成镁合金摩托车压铸件300万件、镁合金型材1000吨及镁合金1500吨的年生产能力。目前我国已有300多万辆摩托车应用了镁合金，可节省油耗数亿元以上。我国是摩托车生产大国，目前年产量达2500多万辆，连续14年居全球首位，若平均每辆镁合金用量按5kg计算，摩托车工业每年需镁合金约12万多吨。 目前，我国的自行车厂商已将大量镁合金零部件运用于自行车赛车、登山车甚至折叠车等高级车种。首钢远东、重庆镁业、中华自行车、上海交大、南京华宏等国内企业和研究院所都纷纷推出了镁合金自行车样车，其中首钢远东镁合金车型实现了上市销售，重庆镁业的镁合金自行车实现了产品系列化。 (2)电子工业中的应用 镁合金所具有的优异的薄壁铸造性能及良好的比强度、刚度和抗撞能力，能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽、散热和环保要求。因此，当前在3C产品如手机、笔记本电脑、数码相机、摄像机、PDA等行业，也已经掀起了镁合金外壳及零部件研发与应用热潮。国内已经建立起了一批专门生产3C产品专用镁合金部件的企业，如青岛金谷镁业公司、长春华禹镁业公司和富士康公司等。
镁合金表面处理的研究现状
镁合金表面处理的研究现状 一.概述 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、比强度高、刚性好、弹性模量大、消震性好、刚性好、承受冲击载荷能力比铝合金大、刚性好、耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。 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。 二.表面处理方法 1.电镀和化学镀技术 镁合金表面镀镍技术分为电镀和化学镀两种。由于镁合金化学活性高，在酸性溶液中易被腐蚀，因此镁合金电沉积技术与铝合金电沉积技术有着显著的差异。目前，镁合金电镀工艺技术有两种工艺：浸锌-电镀工艺和直接化学镀镍工艺。为了防止镁合金基体在酸性溶液中被过度腐蚀，需要在处理前溶液中添加F-(F-与电离生成的Mg2+形成MgF2沉淀，吸附在镁合金基体表面可以防止基体过度腐蚀。 镁合金表面化学镀Ni-P合金是一种很成熟的工艺。通常化学镀方法制备的Ni-P合金层是非晶态的，这层致密的非晶态Ni-P合金层可以有效地防止镁合金基体被腐蚀。结合使用化学镀镍技术和滚镀技术可以在镁合金基体上形成一层晶态的Ni-P合金层。测试表明，该晶态Ni-P合金层中晶体颗粒细小，镀层致密，耐蚀性能也优于传统的非晶态Ni-P合金层。 2.化学氧化技术 镁合金化学氧化处理是指用氧化剂在镁合金表面生成一层薄且致密的氧化膜。覆盖在基体表面的氧化膜比自然形成的氧化镁层更致密，因此，该氧化膜能有效提高镁合金的耐蚀性能，同时，还能作为镁合金涂装的底层，增大涂层的结合力。 铬酸盐处理虽然具有良好的效果，但是铬酸盐对环境污染大，对人体毒性高。在不久的将来，铬酸盐处理工艺将会被环保、无毒的处理方法如钼酸盐、高锰酸盐和P-Ca复合磷酸盐等处理工艺取代。用钼酸盐氧化法在Mg-8Li合金表面生成一层致密、均匀的氧化膜，然后再用传统的化学镀镍法制备一层结合力好的Ni-P合金层，使基体获得了良好的耐蚀性能。磷酸盐-高锰酸盐处理是一种环保、低成本的化学氧化法，但是该方法有较为明显的缺陷：在用该法处理含铝的镁合金时，氧化反应会优先发生于β-Mg17Al12相，因而不能在整个镁合金基体表面生成均匀、覆盖度高的氧化膜层，这在一定程序上影响了其提高镁合金基体耐蚀性的效果。 一种新型的P-Ca复合磷酸盐处理工艺，它能在镁合金表面形成含有Mg、Al、Ca等元素的复合磷酸盐保护膜。该膜层与基体金属结合牢固，具有类似于铬酸盐膜层的耐蚀性能。
镁合金材料应用简介
镁合金材料应用简介 庄顺英 zsy@https://www.360docs.net/doc/b74746726.html, 摘要:：以下是转载，主要介绍镁合金材料的特性、种类、成型条件和处理工艺。关键词: 如：性能，特点，压铸设备，成型技术等
镁合金材料一直是作为机械零件来应用的，近年来，由于3C产品的轻薄化，使得镁合金产品在3C领域有着较为广泛的应用。 这种金属材料的特点，决定了它的加工方式与注塑产品有很大的不同，所以在这里对镁合金材料做个简单的介绍，主要包括镁合金材料简介、镁合金压铸设备简介、镁合金压铸模具简介和典型零件工艺流程简介，给大家在设计镁合金产品时做一个参考。 一、镁及镁合金材料简介 1、物理化学性能 镁为银白色金属，原子序数为12，原子量为24，是目前实际应用中重量最轻的结构金属。 镁的密度1.74 g/cm3，熔点650℃，沸点1107℃，比热1.03KJ/(kg* K)，线胀 系数26×10-6/ K，弹性模量45GPa（在常用金属中是最低的）。 气氧化，生成一层很薄的氧化膜，但这种薄膜不致密，疏松多孔，而且脆性较大，远不如铝合金氧化膜坚实，所以镁的耐蚀性很差。 镁属于活泼金属，化学活性很强，与其他金属接触时会产生电化学腐蚀，即使皮膜处理后，也不能完全防止腐蚀。 2、机械性能及合金化 纯镁的机械性能较低，屈服强度σs=90MPa,抗拉强度σb=200MPa,延伸率：δ=11.5%,断面收缩率ψ=12.5%，一般不能直接用做结构材料。 因此，人们根据不同的使用要求，在镁中加入铝、锌、锰、硅、锆、铈等合金元素，创造出多种不同性能的镁合金。 铝的合金化可以改善机械强度，提高铸造性能，同时赋于材料热处理强化效果，但随着铝含量的增加，材料的延展性和断裂强度逐渐下降。 锌的合金化能改善机械强度，在含量适当时，能改善合金的塑性，但锌对铸造性能有不利的影响，增加形成疏松和热裂纹的倾向。 锰的合金化对提高耐腐蚀性能也十分有利，因为Mn可与合金中的Fe形成化合物作为熔渣被排除，消除Fe对镁合金耐蚀性的有害影响。 硅和其它稀有元素的镁合金，能促使形成细小的微粒分布在晶粒的周围，改善镁合金的高温蠕变性能，当然，这些合金在室温下也具有良好的机械性能。 合金化的个作用：第一，提高镁的机械性能；第二，降低液相温度，增加流动性，改善镁合金的铸造性能，减小收缩倾向；第三，针对镁合金在150℃以上，强度显著下降的特点，增强镁合金的高温抗蠕变性能。
镁合金的应用
镁合金： 镁合金是以镁为基础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），强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。 发展： 得益于中国汽车工业和3C等行业的转型升级及其中国经济地位的显著提升，镁合金行业令市场看好。其中，汽车行业的轻量化，环保化需求，尤其是新能源汽车的发展，以及镁合金研发技术和回收利用技术的不断进步，对促使镁合金的广泛应用将是利好消息。 2015年，国内汽车用镁合金将达到68kg/辆，而同期我国汽车销量将突破2800万辆，乘用车销量将达到1960万辆，自主品牌汽车企业通过产业兼并、技术研发和市场渠道开拓等因素作用，销量将突破1000万辆。 与此同时，镁合金在医药化工和航空航天工业领域的应用也将得到成长。由于下游终端汽车消费市场的稳步增长，预计2015年，全球镁合金市场为600万吨，年均复合增长率(CAGR)为20%-25%(其中包含了交通工具、3C、航空航天和医药化工领域镁合金的应用)。
此外，作为有色金属合金行业的子行业，镁合金行业在中国制造工业的的升级过程中得到实惠。作为资金、材料密集型行业，原材料价格的稳定和较低水平、铸造件行业的整合集中、技术研发的进步等都将较为有利于镁合金行业的发展，市场较为看好。 基本简介： 特性 密度低、比性能好、减震性能好、导电导热性能良好、工艺性能良好、耐蚀性能差、易于氧化燃烧、耐热性差。 其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。 应用范围：镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。 产品特点： 加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。 应用范围：镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。 镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比
镁合金材料工艺
镁合金发展 针对陕北的跨越式发展目标，提出了建设府谷、神木镁产业基地，推进榆林能源基地资源深度转化，拉长产业链条，加大财政引导资金投入力度，组建省级镁业企业集团，集中力量开展技术攻关，重点发展六种镁合金，加强镁业人才建设 镁锂合金材料是当今世界上最轻的金属结构材料，属于国际上列入高度保密的技术。今年年底，中国将在西安阎良国家航空高技术产业基地实现这种金属结构材料的规模化生产，用于航空、航天、能源等多个领域。 据西安交通大学材料专家柴东朗教授介绍，镁锂合金材料具有低密度、高塑性等特点，是当今世界上最轻的金属结构材料，可部分替代目前应用于航空、航天领域的铝材及其他铝合金材料，具有广泛的应用前景。中国对镁锂合金材料研究已有一段时间，但是大多数处于实验室阶段，直到2010年西安交通大学与西安四方超轻材料有限公司合作在西安阎良国家航空高技术产业基地建成了中国第一条镁锂合金生产线。 经过两年来的进一步研发，目前西安四方超轻材料有限公司已在镁锂合金的冶炼工艺、质量控制、表面处理、机械加工等方面取得了突破性成果，为产品的推广应用创造了良好条件。 根据规划，到今年年底，西安四方超轻材料有限公司镁锂合金超轻材料项目将实现规模化生产，预计可年产100吨镁锂合金超轻材料。 我国镁深加工能力很薄弱。虽然早在50年代后期镁压铸业就已经起步，先后有若干厂家生产林业用机械和工具、风动工具等镁合金压铸件。到了90年代初，在汽车工业、电子工业发展的带动下，国内的镁压铸业有了较大的发展。为3C等产品配套的镁合金压铸件厂主要云集在华南和江、浙地区，尤以珠江三角洲一带最为突出。这一地区受到香港、台湾两地资金的投入、技术的支撑、市场的开拓以及管理的介入等全方位的拉动，发展速度令人关注。 积极稳妥地发展镁产业实现镁合金产业化是一项涉及面广、技术集成度高的大型系统工程。近10多年来，在世界范围内相继建立的一大批镁合金压铸工
镁合金压铸技术的发展及其应用.docx
镁合金压铸技术的最新发展及其应用 镁合金是最轻的工程金属材料之一，具有很好的比强度、比刚度等性能，特别适合制造要求重量轻、强度高、减震降噪的工程结构部件和要求一定强度的壳类零件。镁合金低熔点、低比热及充型速度快等优点极其适合於用现代压铸技术进行成形加工。现代科技和相关产业技术的发展，使镁 合金的应用範围迅速扩展，特别是在汽车工业和电子信息产业中获得大量应用。 本文主要介绍镁合金压铸技术研究、开发、应用的发展状况，希望藉此 促进中国镁压铸技术的发展及其在各个领域、尤其是汽车工业中的推广应用。 概述 长期以来，镁的 80%用於铝合金的添加元素或冶金行业脱氧等、 13%用於铸造合金、 3%用作变形制品。随着科技进步及对镁可贵性的认识，其产品广泛用於航空、航天、汽车配件、电子及通讯等领域。 汽车行业采用镁合金量的急剧增加是拉动镁合金全球用量增加的重要因素，生产商在汽车上应用镁合金零部件不仅是为了减轻重量，更是藉此 来不断提高汽车的性价比，从而加强其在竞争日益激烈的汽车巿场上的 竞争优势。预计 1996~2008 年全球用於汽车零部件的镁量平均每年递 增15%以上，其中，北美增长速度为 30%，欧洲则超过 60%。 欧、美、日等发达国家的汽车制造公司在政府的协调下与科研院所密切 合作，投入大量人力物力，实施多项大型研究发展计划，研究用镁合金 制造汽车零部件。这些研究开发计划促进了镁合金在汽车上的应用发展。电子信息产业由於数字化的发展，巿场对电子及通讯产品高度集成化、轻薄化及可回收的要求愈来愈高。以前作为主要材料的工程塑料已经无 法满足要求，因此人们把目光投向了镁合金。例如，镁合金具有优异的 薄壁铸造性能，其压铸件壁厚可达 0.8mm-1.5mm，并保持一定的强度、刚度和抗冲击性能。因此，在薄壁、轻薄、抗冲击、电磁屏蔽、散热及环保等方面的要求之下，镁合金成了制造商的最佳选择。近年来，电子信息产业的镁合金消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量的另一重要因素。
医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的研究进展_陈昌佐
第26卷第1期2014年1月 腐蚀科学与防护技术 CORROSION SCIENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY V ol.26No.1 Jan.2014 专题介绍 医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的 研究进展 陈昌佐1,2丁红燕2周广宏2庄国志1印风2 1.江苏大学材料科学与工程学院镇江212013; 2.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室淮安223003 摘要：综述了医用钛合金常用的化学改性和物理改性方法，介绍了改性后涂层的生物摩擦学性能，并对医用钛合金在提高耐磨性方面的改性技术进行了展望。提出了工艺改进和新材料开发等方面的建议。 关键词：医用钛合金表面改性耐磨性 中图分类号：TH171.1,TG146.2文献标识码：A文章编号：1002-6495(2014)01-0069-04 1前言 目前临床骨科应用最广泛的生物材料多为金属材料，其主要包括不锈钢、钴基合金、钛合金以及形状记忆合金等[1,2]。不锈钢、钴基合金等在临床应用中还存在着诸多问题，如：生物相容性差、组织反应严重、强烈的致敏、致癌反应和易产生应力遮挡等[3]。Ti及钛合金具有低的弹性模量、良好的生物相容性和耐蚀性等优点，在临床应用上得到了广泛使用，如：硬组织替换、血管支架、心脏瓣膜以及各种矫形器械等。 医用钛合金虽然具有优良的耐蚀性和比强度，但其耐磨性相对较差。植入物在磨损条件下容易产生大量的含Ti，Al和V的黑色磨屑，从而导致无菌松动直至关节置换失败。此外，Al，V元素具有潜在的细胞毒性，可能导致表面磷灰石无法生成，特别是Al易引起老年痴呆症。通过钛合金的表面改性或优化材料的成分，减少人工关节在使用过程中的磨粒产生，改善磨损粒子的尺度分布，减轻磨粒的生物学反应是延长人工关节使用寿命的关键[4,5]。表面改性技术可在保留医用钛合金原有的优良性能基础上改善其临床使用性能。本文评述了目前常用的钛合金表面改性方法及其生物摩擦学的研究现状，并对其未来发展趋势进行了展望。 2常用的钛合金表面改性技术及其生物摩擦学性能 2.1化学改性方法 2.1.1微弧氧化法微弧氧化(MAO)技术，或称为等离子氧化技术，是一种在材料表面获得陶瓷涂层的技术。该技术可以在Al，Mg，Ti等金属及其合金表面原位生长一层陶瓷薄膜[6]。MAO陶瓷膜不仅耐磨、耐蚀性好，而且Ca，P元素可直接进入到氧化膜层中，从而提高了生物相容性，在临床植入体手术中已有少量的探索性应用[7]。 Zhou等[8]在TC4合金上通过微弧氧化方法合成了TiO2涂层，并在SBF模拟体液中考察了MAO涂层的摩擦学性能，结果表明，与未经处理的TC4比较，涂层在模拟体液中的摩擦系数降低，磨损体积减少。王凤彪等[9]利用微弧氧化工艺在钛合金表面制备了羟基磷灰石(HA)膜，研究了薄膜在模拟体液中浸泡后的耐磨性。结果表明，膜层随浸泡时间延长而逐渐变厚；浸泡后膜层的摩擦系数随摩擦时间延长先升高后降低，耐磨性呈升高趋势。 2.1.2溶胶凝胶法溶胶-凝胶法(sol-gel)一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的溶胶，然后用浸渍提拉、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于经过清洁处理的基体表面，最后经干燥焙烧，在基体表面形成一层薄膜[10]。 刘颖等[11]通过溶胶凝胶工艺和浸渍提拉技术，以钛酸丁酯为前躯体，加入聚乙二醇作为模板剂，在TC4合金基片上制备了TiO2微纳图案化薄膜，并对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明，制备的薄膜明显改善了钛合金的摩擦磨损性能。张文光等[12]利用静动摩擦系数测定仪评价了TC4合金经碱液热处理、溶胶-凝胶和热氧化3种不同方法处理后的摩擦学性能，结果表明，TiO2溶胶-凝胶薄膜在较高载荷下的耐磨性能较差，而在较低载荷下的耐磨性能较好。 定稿日期：2013-03-29 基金项目：国家自然科学基金项目(51175212)资助 作者简介：陈昌佐，1989年生，硕士生，研究方向为材料的生物摩擦学 通讯作者：丁红燕，E-mail： nanhang1227@https://www.360docs.net/doc/b74746726.html,.
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
镁合金表面处理工艺的研究【详情】
镁合金表面处理工艺的研究 内容来源网络，由深圳机械展收集整理！ 镁及其合金是有色金属材料中最具有开发和应用发展前途的金属材料。 镁是一种轻质结构材料，质量为铝的2／3，钢铁的1／4。与钢、铝、塑料等工程材料相比，镁合金具有比强度和比钢度高，电磁屏蔽性能好，无磁性；无毒、可回收；极好的切削加工性能，极高的压铸生产率，尺寸收缩小，并且具有优良脱模性能，且加工成本低，尺寸稳定性高；具有超导和储氢性能；耐印痕性；良好的低温性能和导热率高等优点；镁还具有良好的导热、导电性、尺寸稳定性、电磁屏蔽性、机加工性能以及再循环利用的性能；镁弹性模量低，约45 GPa，减震性能好，适合于做承受剧烈振动的零件；镁合金压铸件比重小，比刚度大，铸造性能，机械加工性能和阻尼性能好。这些特性可使其成为汽车工业、航空工业及电子工业中首选的结构材料，因此具有良好的社会效益和经济效益。虽然镁合金具有以上诸多优点，并在许多领域具有广泛的应用前景，但也存在一些限制其进一步应用的因素， 主要包括以下三个方面: (1)镁及其合金晶体结构为密排六方结构，决定了镁及其合金的塑性低，物理性能和力学性能均有明显的方向性，在室温下变形只能沿晶格底面进行滑移，单一的滑移系导致其压力加工变形能力低。
(2) 常用的AZ, AM系列镁合金通常的使用温度为95°C ~120°C，超过这一温度范围，合金的蠕变强度随着温度的增加而大幅度下降，限制了它在耐热部件、如汽车发动机部件和传动机构等零部件方面的应用。 (3)限制镁合金广泛应用的最大障碍是镁合金的耐腐蚀性能较差。镁的平衡电位为一2．37 V，很容易发生氧化反应。镁在海水中的稳定电位为一1．6一一1．5 V。镁在空气中与氧能够形成一层很薄的氧化膜，但氧化膜疏松、多孔，PB比为O．99