临床生物医用金属材料现状

  钛合金、316L不锈钢和Co-Cr合金作为体内植入的主流生物医用金属材料，在临床已得到普遍应用。但是，这些金属生物材料由于腐蚀，磨损以及本身的性质限制了实际使用。

  为何我们青睐镁合金？

  与已用于临床的金属材料相比，镁合金具有良好的生物兼容性，镁本身也是人体新陈代谢所必需的，其弹性模量与人骨相差不多，而密度与人骨密度非常接近。所以镁合金具备其他医用金属材料所不具备的特点。

“白璧微瑕”的镁合金材料

  镁的化学性质十分活泼，致使其耐蚀性较差，特别是在人体生物环境下更易被腐蚀。由于镁合金在人体内腐蚀过快，产生大量气体，严重限制镁合金在生物医用领域的应用。惟有较好的解决镁合金耐蚀性的相关问题，才能消除镁合金在该领域的发展阻力。

  我们如何使瑕不能掩玉？

  既然要寻找对策，我们首先应当了解镁合金的腐蚀究竟是如何发生的。在人体生理环境中，镁容易发生电化学腐蚀其反应是：

  从上述化学式中，我们可以得到这样两个信息：

  1. 镁比一般金属的标准电极电势低，镁合金本身可以构成原电池，镁为阳极，其他合金化元素或微量杂质元素为阴极，从而引起电化学腐蚀。

  2. 在大气或溶液（这里是指人体中的水分）中，镁合金表面形成的膜很薄且多孔，对镁合金基体的保护作较差好，镁合金易受到腐蚀。

  既然已经得到了如上信息，则我们能够从以下几种方式改进其耐蚀性。

  纯化镁合金

  具体方法为改进冶炼工艺，高纯度的原料选择，镁合金熔体净化（去除杂质和合金）。

  合金化处理

  在镁中添加合金元素可以提高镁的耐蚀性，但向生物医用镁合金中添加的元素必须具有良好的生物相容性；必须考虑合金对人体安全性，使用无毒或低毒的合金。

  由于Ca，Zn和Mn元素是必要的人体代谢元素，可以提高镁合金的耐腐蚀性能，而且具有良好的生物相容性，是镁合金的首选要素。而稀土元素可以进入镁合金表面使其更加稳定，从而提高镁合金的耐蚀性。

  热处理

  热处理对镁合金的腐蚀影响很大，常用的热处理方法是均匀固溶热处理，固溶时效热处理和时效热处理。

  镁合金设计及工艺改进

  合理的镁合金设计是提高镁合金耐蚀性的重要方法，通过调整合金之间的比例，使不同合金发挥其优良性能，尽量降低有害影响。近年来，激光熔覆技术和镁合金复合材料技术有也所发展。

  对于改进过后的镁合金，我们可以用腐蚀速度作为测量其耐蚀性的主要依据，也是镁合金腐蚀评价的重要标准。常用于测量镁合金腐蚀速度方法有标准失重方法、电化学方法。由于镁合金在腐蚀过程中会析出氢气，因此氢气测量法也常用于镁合金耐腐蚀性能的研究。而碱性测量、镁离子检测等方法测量镁合金腐蚀速度仅适用于pH值与镁离子的浓度都较低的溶液中。另外，腐蚀形貌观察与腐蚀产物表征也经常用作镁合金耐蚀性的探究。

  在镁合金耐腐蚀性能的研究中，为了避免单一方法测量造成的不准确性，可以采用多种方法相结合测量其腐蚀速度，将结果互相验证补充，以便于可以准确可靠地表达出镁合金耐腐蚀性能的差别。

  由于镁合金优异的自身性能，其成为生物医用材料方面的一块“美玉”，而其自身的耐蚀性问题则使这块“美玉”稍显瑕疵。如果通过我们后续的处理能够解决这一问题，相信这块“美玉”将会在生物医用材料领域绽放出自己的光彩。

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