尿酸和葡萄糖对AZ31镁合金在模拟体液中腐蚀行为的影响研究

作     者：代佳艺 

作者单位：沈阳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张瑜

授予年度：2024年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：AZ31镁合金 模拟体液 尿酸 葡萄糖 

摘      要：相较于目前在用的骨科植入物如316 L不锈钢、钛合金和聚合物,镁及其合金具有许多完美的优点:良好的生物相容性、较高的生物安全性、促进骨组织修复性以及优良的生物降解性能。这些特点使得镁合金在人体中降解并被吸收,避免了植入物长期存在人体中的健康风险,消除了二次手术,极大地凸显了其作为新一代革命性骨科生物材料的优势地位。然而镁合金植入的生理环境极其复杂,含有各种无机盐如磷酸盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐等和有机物如葡萄糖、氨基酸、蛋白质、尿酸等,对镁合金的腐蚀行为产生了很大的影响。目前已有大量的研究探讨了各种无机盐、葡萄糖、氨基酸、蛋白质对镁合金腐蚀行为的影响作用机制,而关于尿酸尤其是在葡萄糖存在下的尿酸对其腐蚀作用影响机制的研究相对较少。因此,研究尿酸以及尿酸-葡萄糖耦合因素对镁合金腐蚀行为的影响具有重要意义,对推动镁合金在痛风、高尿酸血症以及高尿酸高糖尿病患者体内的临床应用具有较大的实用价值。 本文研究了AZ31镁合金在含有不同浓度的尿酸（CHNO/UA）和葡萄糖(CHO)的模拟体液（SBF）中的腐蚀行为。采用了扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱（EDS）、X-射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）、拉曼光谱等表面分析手段对AZ31镁合金表面腐蚀产物的形貌、结构、组成进行了分析。采用了电化学阻抗谱（EIS）、动电位极化曲线、析氢法揭示了AZ31镁合金表面原位腐蚀产物保护性能的演变。采用了阳极恒电位极化表征了AZ31镁合金的阳极溶解行为,得到的主要结果如下: （1）UA最初离解为（CHNO）（UA）,并沉淀为（CHNO）Mg(（UA）Mg)。随着（UA）Mg的生成,羟基磷灰石（HA）不断形成,提高了AZ31镁合金的耐蚀性。随后,UA转化为CHNO,并以Ca的形式与HA中的Ca螯合（CHNO）,导致HA损失,削弱了AZ31镁合金的耐腐蚀性。UA对AZ31镁合金的腐蚀有抑制作用,最适浓度为416μM。UA对AZ31镁合金腐蚀的抑制作用与腐蚀产物中（UA）Mg、Mg（PO）和Mg（OH）的含量密切相关。 （2）当模拟体液含有3 m mol/L（简化为mM）葡萄糖时,增加溶液中的尿酸浓度(从200μmol/L（简化为μM）增加至600μM)会提升AZ31镁合金的阴阳极电流密度,加快阴极析氢速度,从而促进AZ31镁合金的腐蚀。当模拟体液含有8 m M葡萄糖时,增加溶液中的尿酸浓度（从200μM增加至600μM）对AZ31镁合金的腐蚀有两个作用:首先,在前3天增加尿酸浓度会提升AZ31镁合金的阴阳极电流密度,加快阴极析氢速度,促进AZ31镁合金的腐蚀,其次会减小AZ31镁合金的阴阳极电流密度,减缓阴极析氢速度,抑制AZ31镁合金的腐蚀。