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近20年來(lái)，鎂及其合金由于具有密度低、比強(qiáng)度高、可鑄造性良好、焊接性優(yōu)良等特點(diǎn)以及適當(dāng)?shù)膬r(jià)格，在汽車、金屬植入體和電子設(shè)備等方面得到廣泛的應(yīng)用。尤其是鎂及其合金的不耐腐蝕性和生物可降解性可解決患者二次手術(shù)移除植入體的痛苦，因此鎂及其合金在再生醫(yī)學(xué)中具有巨大的應(yīng)用前景。然而，要實(shí)現(xiàn)鎂及其合金在再生醫(yī)學(xué)生中的廣泛應(yīng)用，還需要克服許多難題，例如強(qiáng)度低，在人體內(nèi)腐蝕快導(dǎo)致H2含量超標(biāo)PH增加引起的組織壞死等。因此，亟需通過(guò)合金化、微結(jié)構(gòu)調(diào)控等方法開發(fā)生物金屬植入體用鎂合金。其中細(xì)化晶粒、引入孿晶和優(yōu)化織構(gòu)等微結(jié)構(gòu)調(diào)控方法非常有助于優(yōu)化力學(xué)性能和腐蝕性能。

近日，伊朗謝里夫理工大學(xué)Reza Alizadeh教授和英國(guó)南安普頓大學(xué)Terence G. Langdon教授合作發(fā)表了鎂合金腐蝕方面的綜述，首先概述了鎂合金熱加工變形后的織構(gòu)和孿晶特征、鎂合金的腐蝕機(jī)制、鎂合金特征晶面的表面能和溶解速率，然后綜述了織構(gòu)對(duì)鎂合金溶解速率、腐蝕膜、腐蝕形貌和生物兼容性等的影響，孿生特征對(duì)腐蝕膜、腐蝕形貌和腐蝕各向異性等的影響，最后為鎂合金耐腐蝕性的調(diào)控提供了方向。

織構(gòu)是變形鎂合金的重要特征。不同的織構(gòu)特征對(duì)鎂合金的腐蝕行為產(chǎn)生重要的影響。理論上，鎂合金中{10-10}柱面織構(gòu)和{11-20}織構(gòu)比{0001}基面織構(gòu)的溶解速率高了18-20倍。實(shí)際上，腐蝕行為是多方因素綜合作用的結(jié)果。當(dāng)表面既有柱面織構(gòu)和基面織構(gòu)時(shí)，與僅有柱面織構(gòu)相比，由于電偶腐蝕的作用耐腐蝕性降低。腐蝕膜對(duì)鎂合金的腐蝕行為具有重要的影響，形成腐蝕膜的特征又取決于織構(gòu)特征。表1總結(jié)了不同腐蝕介質(zhì)中織構(gòu)對(duì)鎂及其合金腐蝕膜的影響。由表1可知，基面織構(gòu)相比柱面織構(gòu)和錐面織構(gòu)具有更薄的氧化膜，但是穩(wěn)定性和保護(hù)效率更好。腐蝕形貌與織構(gòu)也有很強(qiáng)的相關(guān)性，高指數(shù)織構(gòu)的腐蝕形貌呈現(xiàn)梯田狀，低指數(shù)織構(gòu)的腐蝕形貌表現(xiàn)出絲狀。

表1 不同腐蝕介質(zhì)中織構(gòu)對(duì)鎂及其合金腐蝕膜的影響

有報(bào)道研究了生物相容性與HCP結(jié)構(gòu)金屬織構(gòu)的相關(guān)性，織構(gòu)對(duì)生物相容性的影響不能很好地檢測(cè)，在鎂及其合金中的影響也不明確。有研究者認(rèn)為HCP結(jié)構(gòu)金屬，例如鈦及其合金，(0002)基面織構(gòu)與細(xì)胞更容易結(jié)合，而有的研究結(jié)果表明由于(10-10)柱面織構(gòu)具有低的表面接觸角度，更容易潤(rùn)濕/親水性，相比(11-20)織構(gòu)具有更好的細(xì)胞結(jié)合性。相比之下，在鎂合金的一些報(bào)道中，純鎂的生物相容性對(duì)織構(gòu)不敏感。可見，調(diào)控織構(gòu)是有效地調(diào)控鎂合金耐腐蝕性、力學(xué)性能和同時(shí)影響其綜合生物相容性的方法。

孿生作為鎂合金重要變形機(jī)制之一，在塑性變形過(guò)程起到重要作用。大量研究表明，在材料表面存在孿晶時(shí)會(huì)降低鎂合金的耐腐蝕性，加劇晶間腐蝕。有趣的是，有些相反的研究結(jié)果表明，孿生會(huì)形成相比于基體更多氧化膜有利于提高鎂合金的耐蝕性，但是這些相反的研究結(jié)果主要是針對(duì)不同的合金體系。表2總結(jié)了不同合金體系鎂合金中孿生對(duì)腐蝕性的影響。Mg-Y、AZ80和EW75鎂合金中孿生有利于提高耐腐蝕性，普通AZ31系列鎂合金中孿生對(duì)腐蝕性產(chǎn)生負(fù)面影響，ZK60系列鎂合金中孿生對(duì)腐蝕性的影響與孿晶含量有關(guān)。此外，也有研究指出孿生對(duì)鎂合金具有減弱“腐蝕各項(xiàng)異性”的作用。在含重鉻酸鹽的溶液中孿晶的形貌對(duì)鎂合金腐蝕擴(kuò)展有重要影響。交叉孿晶促進(jìn)腐蝕發(fā)生，同時(shí)粗大孿晶會(huì)改變腐蝕擴(kuò)展路徑。

表2 不同合金體系鎂合金中孿生對(duì)腐蝕性的影響

鎂及其合金作為活性強(qiáng)的金屬，其較快的腐蝕速率限制了其在大部分領(lǐng)域的應(yīng)用。但在再生醫(yī)學(xué)中，由于鎂及其合金具有腐蝕性差和生物相容性好的特點(diǎn)，具有巨大的應(yīng)用前景。該領(lǐng)域亟需解決腐蝕速率過(guò)快、腐蝕產(chǎn)物濃度過(guò)高引起細(xì)胞壞死的問(wèn)題。添加涂層、合金化、微結(jié)構(gòu)調(diào)控都是控制腐蝕速率切實(shí)可行的方法，其中織構(gòu)和孿晶對(duì)鎂及其合金的腐蝕速率的調(diào)控尤為重要。本文為研究者在鎂及其合金腐蝕行為研究和調(diào)控方法上提供參考，促進(jìn)鎂合金在更多的領(lǐng)域開展實(shí)際應(yīng)用。