关键词： WE43镁合金   夹杂物   数值模拟   微裂纹萌发应变  

摘要： 镁合金具有高的比强度、比刚度,低密度等优异性能,被广泛应用于航空航天、3C、生物医学等行业。然而,镁合金低温塑性较差,致使镁合金在成形过程中易发生断裂失效现象。本文针对挤压态WE43镁合金,利用ABAQUS软件在不同变形温度和应变速率下,对夹杂物对镁合金塑性成形及断裂的影响机制进行了数值模拟,阐述了夹杂物对镁合金塑性成形及断裂的影响规律,并结合光学显微镜(OM)、扫描电镜能谱仪(SEM/EDS)及X射线微型计算机断层扫描仪(Micro-CT)进行了显微表征分析以验证数值模拟的准确性。研究成果如下:(1)夹杂/基体界面分离时的微裂纹萌发应变值ε,与夹杂物软硬程度δ成反比例函数关系,随着δ的增加先迅速下降,之后平缓降低。微裂纹萌发时应力值σ随着δ的增加而下降,δ≤1时,σ维持在320 MPa,且降低平缓;δ>1时,σ变化剧烈,降低至240 MPa左右。ε及σ对δ的改变比较敏感,夹杂/基体界面两端处应力集中现象明显。夹杂物形变指数V随着变形量的增大先迅速减小,达到临界真实变形量0.11左右时,稳定在某一定值附近波动,δ<1时,V稳定在1.56左右,对塑性行为无明显影响;δ>1时,V稳定在0.085左右,在变形过程中易引发应力集中,对材料塑性行为影响严重。(2)ε与夹杂物体积分数f成反比例函数关系,ε随着f的增大不断减小,达到临界体积分数(f=0.012%)时,ε减小幅度较小。δ>1时,σ对f的变化敏感,f≥0.012%时,σ在205 MPa左右波动,在较小应力水平下夹杂/基体界面即发生脱离。f≤0.012%时,夹杂物在基体中弥散分布,对合金材料塑性成形具有促进作用。f=0.012%是V的临界点,f≤0.012%时,V随着f的增大先减小,f>0.012%时,V值具有一定的升高。(3)ε对应变速率的改变比较敏感,随着应变速率的增大而逐渐减小,应变速率大于0.1时,ε减小幅度较大。δ≤1时,V随着应变速率的降低而增大,应变速率低于0.1 s时,V稳定在0.4以上,对塑性行为无明显影响;δ>1时,V对应变速率的改变不敏感。σ对变形温度的改变比较敏感,随着温度的升高而缓慢增长,在较高应力水平下夹杂/基体界面才发生脱离。V随着变形温度的升高而增大,δ>1时,达到临界真实变形量之后,V维持在0.0411左右波动,对材料塑性行为影响严重。综合数值模拟结果分析,δ>1时,在变形过程中易引发应力集中,促使微裂纹萌生;f≤0.012%时,夹杂物在基体中弥散分布,对合金材料塑性成形具有促进作用;应变速率低于0.1 s时,ε值较大,合金材料具有较好的压缩塑性;变形温度越高,夹杂/基体界面越难脱离。(4)通过CT扫描及压缩实验与数值模拟相对比,ε及σ与压缩试样宏观断裂应力应变平均误差值在10%以内,验证了数值模拟的准确性及可靠性,为准确地进行有限元模拟奠定基础,并为制定适宜的工艺参数提供了理论基础。

关键词： 镁合金   微弧氧化   放电时间   冷却时间   膜层性能   成膜效率  

摘要： 微弧氧化是一种镁合金表面改性的高新技术,在传统阳极氧化技术基础上改进而来。因其工艺简单,绿色环保,工序少,并且微弧氧化膜层不光耐磨性好,而且与基体结合紧密,硬度高。所以是当前热门的表面改性工艺之一。在微弧氧化处理过程中,当加载电压到起弧电压之上,表面出现电弧;当电压下降到起弧电压之下,电弧消失。为了研究起弧时间和熄弧时间对微弧氧化膜层的生长和性能的影响,根据带放电回路模式中脉冲高电平保持时间（放电时间）等于起弧时间,脉冲低电平保持时间（冷却时间）等于熄弧时间的特点。本文创新性地将放电时间和冷却时间视为两个独立的电参数,改变放电时间或冷却时间的同时固定另一个保持不变,以镁合金为试样设计不同放电时间和冷却时间的实验,并根据放电时间和冷却时间反算出对应的频率和占空比。同时为了实验的可比性,设置每个实验方案总的放电时间都相等100 s,并根据这一条件反算出每个实验方案对应的微弧氧化加工时间。膜层制备好以后检测膜层的厚度和耐蚀性,并观察膜层的表面和截面SEM。再根据表面SEM照片统计膜层表面的孔隙率和微孔,最后计算并比较每个实验方案的成膜效率。归纳分析放电时间和冷却时间分别对微弧氧化膜层生长及性能的影响规律。结果表明:在总的放电时间相等的条件下,当固定放电时间不变,随着冷却时间的增大,膜层的厚度先增大后不变,膜层的耐蚀性越好,所以综合考虑膜层的厚度和耐蚀性,应该适当增加冷却时间;当固定冷却时间不变,随着放电时间增大,膜层的厚度减小,膜层的耐蚀性变差,所以综合考虑应该减小放电时间;当放电时间和冷却时间相等且同步增大时,膜层的厚度逐渐变薄,膜层的耐蚀性变好,综合考虑放电和冷却时间应该取较小的值。

关键词： 镁合金   电偶腐蚀   缓蚀剂   缓蚀机理  

摘要： 镁合金是一种轻质工程材料，具有比强度高、比重轻、比刚度高、电磁屏蔽性好等优点，这使得其在汽车、航空等领域有着非常重要的研究意义。本论文采用电化学方法、失重法以及表面分析方法研究了AZ91D镁合金在纯水中的腐蚀、电偶腐蚀以及缓蚀剂对镁合金的缓蚀机理。主要研究工作和结果如下：　　1.采用电化学方法，结合失重法和表面分析法研究了AZ91D镁合金在纯水中的腐蚀行为。电化学和失重实验的结果表明：AZ91D镁合金的腐蚀速率随温度和浸泡时间的增加而增大，其原因可能是腐蚀产物膜结构因析氢反应而发生破坏，显著加速了AZ91D镁合金的阳极氧化过程;此外，通过表面分析方法得出的结果表明AZ91D镁合金在纯水中的腐蚀产物由Mg(OH)2、MgO、Al(OH)3组成。　　2. 采用电化学方法和表面分析方法研究了AZ91D镁合金与铜在纯水中的电偶腐蚀行为。这些结果表明：在偶合条件下，AZ91D镁合金和铜之间的电位差增强了AZ91D镁合金的腐蚀作用，降低了对腐蚀产物膜的保护作用;电偶电位和电偶电流密度随着浸泡时间的增加而增加，这可能归因于析氢腐蚀导致腐蚀产物膜的破坏。对于铜而言，在偶合条件下AZ91D镁合金与纯铜之间的电偶效应不利于铜表面的氧化亚铜薄膜的形成和加速铜的腐蚀。后期由于镁的溶解引起溶液pH值的增加抑制了铜的腐蚀。电偶效应和溶液pH值的增加这两个相反的因素使铜的腐蚀在腐蚀后期相对稳定。　　3.合成了一种绿色缓蚀剂（脱镁叶绿酸），并通过电化学方法，表面分析法，量子化学计算和分子动力学模拟研究了其对纯水中AZ91D镁合金的缓蚀机理。并且讨论了氯离子对脱镁叶绿酸的缓蚀作用的影响。结果表明，在纯水中，加入0.2 g/L的脱镁叶绿酸时，可以有效延缓AZ91D镁合金的腐蚀。在0.5 mg/L的NaCl溶液中，加入0.7 g/L的脱镁叶绿酸可以提高其缓蚀效率，但氯离子的加入会降低其长期有效性。脱镁叶绿酸在AZ91D镁合金表面的吸附符合Langmuir吸附模型。脱镁叶绿酸分子平行吸附在AZ91D镁合金的表面上。

关键词： 电爆喷射沉积   镁合金薄板   镁合金微细管   生物材料  

摘要： 电爆喷射沉积技术是利用储能电容器脉冲放电产生高密度电流对沉积材料进行欧姆加热,使之熔化、气化、膨胀,最终发生爆炸,爆炸产物随冲击波喷射到基材表面形成沉积层的一种方法。电爆喷射沉积具有氧化程度低、基体受热小和能量易于控制等优点,适用于各种小零件的喷射成型,是一种极具应用价值的沉积技术。镁合金具有较高的比强度和比刚度,密度和弹性模量接近于自然骨以及生物相容性和可降解性良好等优点,可在生物体内自动降解。因此,其在生物材料领域得到广泛应用,如镁合金接骨板和镁合金血管支架。本文针对生物医用植入材料特性要求,并根据镁合金自动降解特点,提出了制备镁合金生物材料的关键技术。设计了一套电爆喷射沉积装置。该装置主要由高压充放电系统、送丝机构、电极、自动变位装置、电路控制系统和压丝机构六部分组成。通过送丝机构将金属丝送入电极两端,启动高压发生装置使金属丝与电极之间通过气体放电而发生爆炸,并伴随电爆冲击波喷射沉积到基体表面形成沉积层。选用直径为0.3mm,0.4mm,0.5mm和0.6mm的AZ92A镁合金丝作为电爆沉积材料,在充电电压为12k V,13k V和14k V,基体沉积距离为25mm,30mm和35mm条件下进行电爆喷射沉积制备零件,利用扫描电镜和能谱仪对零件表面和截面进行表征,并测量沉积层显微硬度,优化制备镁合金零件的工艺参数。用电爆喷射沉积法制备镁合金零件得到初步结果:丝径为0.5mm,基体沉积距离为25mm,充电电压为13k V时获得的镁合金薄板长为31.3mm,宽度为11.8mm,厚度为0.2mm。且沉积层具有较好的连续性、致密性以及均匀性;选用丝径为0.5mm,初始电压为14k V,基体沉积距离为25mm时获得的镁合金微细管内径为3.6mm,壁厚为0.2mm,符合镁合金微细管尺寸要求。

关键词： AZ80M镁合金   丝材电弧增材制造   回归模型   显微组织   第二相溶解   随焊滚轧   力学性能  

摘要： 镁合金具有低密度、高比强度/比刚度、阻尼性好、电磁屏蔽性能优良和国内资源丰富等特点,被称为“21世纪的绿色工程材料”。在汽车、航空航天、轨道交通和电子3C等装备制造领域具有广泛的应用前景。传统的镁合金零部件的成型方式主要是压铸和变形加工。压铸镁合金产品应用广泛,但由于力学性能低和耐腐蚀性不理想,限制了其在轻量化关键零部件领域的应用;变形镁合金的力学性能优良,但是受到成型难度大和生产效率低的影响,现有的应用规模很小。电弧+丝材增材制造技术(WAAM)是近来金属材料3D打印的一个研究热点。WAAM技术利用焊接电弧逐层沉积金属,最终形成具有确定形状和尺寸精度的金属零部件,具有沉积速度快、材料利用率高,加工尺寸和形状不受限制等特点,适用于尺寸较大而复杂程度较低的金属零部件的快速制造。为探索WAAM对镁合金零件制造的适用性,开拓高价值应用场景,本文对WAAM-AZ80M的成型工艺进行系统研究,建立了工艺参数与成型尺寸之间的多元回归模型;对沉积态组织的形成与演变进行表征,对不同后热处理对WAAM-AZ80M组织和性能的适用性进行对比;通过有限元模拟+相场计算的方法揭示WAAM循环温度场对组织的演变的影响规律,为实现进一步的在线组织调控提供新的思路;采用金属沉积+随焊滚轧+后热处理的方法,对WAAMAZ80M的组织和性能进行优化,并对强化机理进行归纳分析。具体的研究发现包括:1.基于WAAM-AZ80M单道多层件宽度的变化特征将其分为:底部熔宽变化区、中部稳定区和顶部圆弧区。焊接温度场由非稳态逐渐向稳定过渡和沉积层形貌变化改变了电弧热的散失路径是造成自下而上不均匀的原因。利用二次通用旋转组合设计方法设计试验样本,建立了工艺参数(峰值电流Ip、焊接速度Vw、送丝速度Vf和层间温度T)与沉积层宽和层高的多元二次回归模型,分别对模型进行了方差分析,结果显示回归方程具有较好的显著性和拟合度。进一步分析表明,工艺参数对层宽的影响顺序为Vw>Ip>T,且Vw和T的交互作用对层宽有显著影响;工艺参数对层高的影响顺序为Vf>Vw>Ip,且Vw与Ip、Vw与T的交互作用对层高有显著影响。***-AZ80M单道多层沉积件具有明显的组织不均匀和层状特征。逐层沉积过程中受到非稳态热循环的影响发生共晶组织的溶解,圆弧顶部区组织向中部区域组织转变;同一层内不同位置的组织由于冷却速度的差异形成不均匀性;WAAM-AZ80M的力学性能介于铸态和挤压态AZ80M之间,存在拉伸各向异性。几种典型的热处理工艺对WAAM-AZ80M的效果各不相同,T4热处理提高了沉积件的塑性;T5热处理保持了沉积态中粗大共晶组织,析出相存在偏聚现象;T6热处理后晶粒细化,析出相更加均匀,强度和塑性提升的同时,性能各向异性减弱。***-AZ80M的温度场模拟表明,在沉积的初始几层,沿沉积方向和垂直于沉积方向的温度场都逐渐由非稳定进入稳定状态;当温度场进入稳定状态后,不同沉积层所受到的热循环过程具有稳定的重复性;利用DICTRA软件建立了电弧沉积态AZ80M组织中第二相溶解的动力学模型并验证其具有较好的准确性;将有限元模拟的热循环曲线与建立的第二相溶解动力学模型耦合,获得WAAM-AZ80M过程中第二相体积含量随时间的变化规律为阶梯式下降,下降的趋势逐渐趋缓;同一温度循环下同时存在第二相的溶解和微量析出。4.在WAAM-AZ80M过程引入随焊滚轧,可以破碎沉积形成的粗大等轴枝晶。随着随焊滚轧力的增加,发生再结晶和晶粒细化效果逐渐增强,晶粒细化和加工硬化是主要的强化机制;相比于沉积态,经过随焊滚轧的沉积金属内部第二相溶解程度更高,层间不均匀性得到改善;在4k N的随焊滚轧后,沉积件的力学性能提升明显,尤其是沿竖直方向;随焊滚轧使得共晶组织破碎细化,促进其完全溶解,后续T6处理时,合金的析出更加均匀,性能得到进一步提升;析出强化是T6处理后的主要强化机制。

关键词： AZ91D镁合金   热物性参数   弹–粘塑性本构模型   残余应力   有限元模拟  

摘要： 镁合金作为“21世纪绿色金属结构材料”,在航空航天、汽车、3C电子等领域具有广泛的应用前景。目前,铸造镁合金产品约占镁合金构件总量的70%,然而铸造残余应力却限制了其商业化的进一步发展,调控铸造残余应力对于铸造镁合金来说意义重大。囿于镁合金的晶体结构(HCP)和性能,传统的试验测试方法往往很难准确地测定残余应力。本文旨在通过Pro CAST铸造仿真软件对镁合金构件铸造过程进行有限元模拟,从而研究构件内部铸造残余应力的产生和演化规律,揭示温度梯度对铸造残余应力的影响,实现构件内部铸造残余应力的三维重构。本论文通过ProCAST软件材料数据库和JMat Pro材料性能计算软件进行计算,获得了AZ91D镁合金凝固过程的热物性参数,根据试验测量结果修正了热导率参数,建立了准确可靠的热物性参数库。通过对AZ91D镁合金进行室温–高温的拉伸试验,获得不同温度下AZ91D镁合金的真应力–真应变曲线,对高温下AZ91D镁合金的粘塑性进行分析。结果表明,AZ91D镁合金在低温阶段(1/3 T1/2 T)粘塑性较为显著。根据Pro CAST软件,建立Perzyna型弹–粘塑性本构模型作为AZ91D镁合金凝固过程的应力–应变本构模型。应力框架模型的验证试验表明,构建的AZ91D镁合金有限元模型准确可靠。重点分析了温度梯度对铸造残余应力的影响。有限元模拟结合试验结果显示,铸件构型引起的温度梯度对圆柱件整体铸造残余应力的影响较小,温度梯度主要影响圆柱件芯部和表层两者之间固态收缩产生的线收缩量,进而影响到两者铸造残余应力的大小;铸造工艺引起的温度梯度对圆柱件整体铸造残余应力的影响较大,随着模具预热温度的提高,圆柱件整体冷却速度下降,芯部与表层之间的温度梯度峰值下降,两者之间铸造残余应力的差值减小。随着预热温度的升高,圆柱件内部铸造残余应力总体呈现减小的趋势,整体铸造残余应力分布趋于平缓,无明显铸造残余应力集中的现象。

关键词： 镁稀土合金   等温热压缩   本构模型   再结晶动力学模型   可成形性  

摘要： 高强镁稀土合金在高速交通工具、航空航天和军工等领域有着巨大的应用前景,但是镁稀土合金存在热成形能力差、本构和再结晶动力学模型复杂且精度差、应变不均匀等特点,很大程度上限制了镁稀土合金的推广。因此,本文选取Mg-8Gd-3Y(GW83)镁稀土合金,首先,利用等温热压缩实验,获得变形温度为300℃～450℃、应变速率为0.001 s-1～1.5 s-1条件下的应力应变曲线,基于特征应力比值和特征应变比值的函数关系,尝试建立一个新的镁合金热变形本构模型,为后续获得可靠的有限元模拟结果打下理论基础;同时,基于特征应力差值和特征应变差值的比值关系,尝试建立一个新的镁合金动态再结晶动力学模型,为后续分析材料的微观组织演化奠定基础。然后,基于动态材料模型和失稳判据,建立合金的三维加工图,分析材料的热加工可成形性。最后,选取带底筒形件和无缝管,模拟预测材料的可成形性和微观组织演化,尝试通过工艺设计和参数优化获得组织性能均匀的产品。基于瞬时应力与峰值应力比值(σ/σp)和瞬时应变与峰值应变比值(ε/εp)的函数关系式,通过参数回归,建立了一个新的仅含一个待定参数的镁合金热变形本构模型,其预测值与实验值吻合很好。为了研究新本构模型的适用性,基于文献中AZ31B和ZK60等温热压缩的应力应变曲线,通过参数回归,确定了模型中的待定参数,其预测值与实验值吻合也很好。为了进一步验证新本构模型的准确性,对铸态GW83合金的变截面试样等温镦粗和等温平面应变模锻进行了仿真研究,即通过用户子程序,将本构模型耦合到有限元软件中,分别进行了六组不同工艺参数下变截面试样镦粗和平面应变模锻过程仿真,获得了模拟载荷—位移曲线,并与实际的等温镦粗和平面应变模锻实验获得的载荷—位移曲线相比较,结果表明仿真曲线与实验曲线高度吻合。低应变速率下(0.001 s-1～0.1 s-1)热压缩GW83合金产生的温升现象远没有高应变速率下(0.5 s-1～1.5 s-1)的严重,动态再结晶引起的软化效应非常有限,本文忽略材料在低应变速率下热压缩产生的温升现象。从低应变速率下峰值应力和瞬时应力差值与峰值应力和稳态应力差值的比值((σp-σ)/(σp-σss))和各应力对应应变差值的比值((εp-ε)/(εp-εss))的函数关系式出发,通过参数回归,建立了一个新的仅含一个待定参数的动态再结晶动力学模型,其预测值与实验值吻合很好。为了研究新模型的适用性,基于文献中AZ31B和ZK60的热压缩实验数据,通过参数回归,确定了模型中的待定参数,其预测值与实验值吻合也很好。通过用户子程序,将新模型耦合到有限元软件中,分别进行了四组不同工艺参数下变截面试样镦粗和平面应变模锻仿真,预测了动态再结晶百分数的大小和分布,其与实际镦粗和平面应变模锻的实验结果相比较,吻合也较好,验证了新动态再结晶动力学模型的准确性。基于动态材料模型和六种失稳判据分别建立了材料在低应变速率和高应变速率下的三维加工图,结合微观组织检验识别了适用的失稳判据和优化的热加工窗口。结果表明:低应变速率下材料在较宽温度区间内具有良好的可成形性,但在高应变速率下材料仅在较窄的高温区间发生了安全的变形;获得了三个适合铸态GW83合金锻造的工艺参数区间:Ⅰ区低温低应变速率区,温度为350～410℃,应变速率为0.001～0.006 s-1;Ⅱ区高温低应变速率区,温度为410～450℃、应变速率为0.001～0.1 s-1;Ⅲ区高温高速率区,温度为410～440℃、应变速率为0.20～0.73 s-1。通过用户子程序,将三维加工图耦合到有限元软件中,对低、高应变速率下平面应变模锻可成形性进行了模拟预测和相应的实验研究,验证了模拟结果的可靠性和三维加工图的准确性。提出适合于带底筒形件的挤锻成形技术,通过在带底筒形件的顶部设计一圈外法兰来增大材料的整体变形量和应变均匀性。进行了带底带法兰筒形件的挤锻成形模拟,重点研究了变形温度和压下速度对带底带法兰筒形件不同部位功率耗散系数的影响规律,结果表明:有法兰的筒形件比无法兰的应变量增大了 30.07%,应变标准方差值减小了 19.35%;功率耗散系数最大值所对应的最优工艺参数为:430℃/1 mm/s。在最优的工艺参数下进行了带底带法兰筒形件的挤锻成形模拟和实验,一次成形了外形完好、外径235 mm、壁厚34 mm、高度255 mm的带法兰筒形件,其组织性能均匀,底部和筒体部分的抗拉强度差低于5 MPa,硬度差低于1.6 HV。提出采用等效应变方差来衡量镁合金无缝管挤压成形过程中材料的应变均匀性,在不同工艺参数下进行了无缝管的正、反挤压成形模拟,重点研究了变形温度和压下速度对挤压管材等效应变及应变均匀性的影响。结果表明:相同工艺参数下反挤压管比正挤压管获得的应变量更大、应变也更均匀,在反挤压参数430℃/1

关键词： 可降解材料   铁合金   锰   生物相容性  

摘要： 目的:目前,骨科、口腔外科等领域对于骨折创伤的手术治疗主要使用坚固内固定技术,临床上用于内固定的材料主要为由钛合金或者钴铬合金等制成的各种医用金属材料,如钛钢板和髓内针等。钛合金的弹性模量是人皮质骨的5倍,在骨折愈合的后期会产生应力遮挡作用。而且,研究显示体内金属释放离子、过敏原等物质可在局部或者全身引起炎性反应或者毒性反应。近几十年来,研究人员和科学家们致力于开发可生物吸收或可生物降解的金属,特别是用于骨科固定装置,如骨钉、棒、螺钉或钢丝,其理念是在植入后提供结构支撑同时进行降解,以促进植入后健康的天然组织生长。铁合金是正在研究的主要生物可降解金属材料中的新宠。铁合金有着与316L不锈钢相当的优异机械性能,但其主要缺点就是降解缓慢,这限制了它的临床应用。中国科学研究院金属研究所开发出是一种新型的可降解生物材料Fe-30Mn-0.6N合金,具有可吸收且廉价的优势,机械性能强,无磁性,可行磁共振检查,他们已经对此金属材料进行了各项物理实验。在此基础上我们将进一步研究Fe-30Mn-0.6N合金对骨组织的影响,通过在体实验观察合金的生物相容性。我们在体内实验中将Fe-30Mn-0.6N合金种植到兔股骨中,研究Fe-30Mn-0.6N在动物体内的生物相容性。研究方法:于实验室内制备直径1.5mm,长为5mm的Fe-30Mn-0.6N合金和钛合金金属短棒。实验动物为健康雄性清洁级实验兔,共30只,按照术植入金属的不同分为2组,Fe-30Mn-0.6N合金组,Ti-6Al-4V合金组。选择每只实验兔的右侧后肢股骨作为实验部位。麻醉前,抽取静脉血检测实验动物的生化指标。麻醉后,切开兔右侧后肢股骨的皮肤及皮下组织,将合金金属短棒植入实验动物股骨。种植一段时间后取材,行HE染色,甲苯胺蓝染色,光学显微镜下观察组织中炎性浸润程度及合金周围的骨生长情况。并进行免疫组织化学染色,显微镜下观察结果,并使用matlab图像分析系统,测量种植后骨组织内成骨细胞内ALP及BMP-2表达的积分光密度值(IOD值)。应用SPSS19.0统计学软件进行统计学分析,P<0.05表示差异有统计学意义。研究结果:手术后植入2W,4W,8W后,种植体与周围骨组织界面的光学显微结构。高倍镜下可见骨组织形态学良好,未见炎性细胞浸润和局部的坏死。4周和8周时在铁种植体和骨组织之间有一条纤维组织带,在纤维带中可见成纤维细胞,8周时的纤维组织带较4周时更厚,并且在纤维组织带外围可见骨样组织形成,而对照组钛金属组未发现纤维带形成。种植体周围骨组织的甲苯胺蓝染色,显示铁合金种植体周围的组织中出现了类骨质,呈现淡蓝色,而钛金属组未发现类骨质的形成。手术后2W,4W,8W的股骨骨组织进行免疫组织化学染色,可见铁合金和钛金属金属材料植入2W,4W,8W后,成骨细胞细胞核旁浆内出现了深棕色着色,表示股骨成骨细胞内BMP-2、ALP表达,但铁合金周围骨组织着色较钛金属周围骨组织着色更深。通过matlab图像分析系统分析免疫组化图片的积分光密度值。在该分析系统内,BMP-2、ALP表达越强,分析转换的积分光密度值越大。铁合金组内的成骨细胞BMP-2、ALP表达的积分光密度值更大,且差异有统计学意义(P<0.05)。植入铁合金前和植入铁合2、4和8周后,每一项检测指标值都在参考范围内,无明显异常值。研究结论:Fe-30Mn-0.6N合金在体内可促进成骨细胞ALP和BMP-2的表达,同时生物相容性好。Fe-30Mn-0.6N铁基合金有望成为一种新型的医用生物可降解材料。

关键词： 木质纤维素   聚氨酯   聚乙烯醇   生物相容性   力学性能  

摘要： 为了让木质纤维素膜材料在医学领域有更进一步的应用,提高其生物相容性和生物防腐性,本论文将木质纤维素与具有良好生物相容性和机械性能的聚氨酯和聚乙烯醇高分子材料混合,分别制备了RC-WPU复合膜材料和RC-PVA复合膜材料,并研究了这两种复合膜材料的吸水溶胀性、拉伸力学性能、表面亲水性及酶活性,同时通过傅里叶红外光谱仪和扫描电子显微镜对其结构进行了表征,研究表明:1.纯木质纤维素膜材料具有较强的拉伸力学性能,其拉伸应力能够达到14.55MPa;但拉伸应变较低,仅有3.237%。经过p H=0.9的HCl腐蚀液和α-淀粉酶溶液在37℃条件下浸泡24h,其拉伸应力和拉伸应变分别为0.63MPa和0.75%,分别下降了0.90%、1.06%。木质纤维素膜材料使α-淀粉酶活性降低了0.53U。***-WPU复合膜材料的平衡溶胀度仅有4.32%,水接触角为59.05°,较纯纤维素膜材料平衡溶胀度降低了84.08%,亲水性下降,酶活力为1.77U,酶活力提高了0.06U,且经过不同腐蚀液腐蚀后复合膜材料仍能保持低应力高应变。***-PVA复合膜材料随着聚乙烯醇的加入量增多,其酶活性显著提升,酶活力最高提升到了1.88U。经过不同腐蚀液腐蚀后仍能表现出较为理想的低应力高应变性能,通过调整比例,复合膜材料的亲水性下降,水接触角达到50.43°,提高了70.91%。随着纤维素增加,复合膜材料出现孔隙,致密度降低,致使复合膜材料拉伸力学性能的下降,但仍有较好的酶活性。

关键词： 重组胶原蛋白   丙烯葡聚糖凝胶   深Ⅱ度烧烫伤   创面修复   生物相容性  

摘要： 本研究以毕赤酵母系统高密度发酵生产的重组胶原蛋白（Recombinanthumancollagen,RHC）为原料，采用复合超滤系统与凝胶层析系统相结合的方式对其进行分离纯化研究;通过体外细胞实验分析重组胶原蛋白生物相容性;通过皮下注射安全性实验，评价重组胶原蛋白生物毒性;建立大鼠肝脏出血模型、大鼠深Ⅱ度烧烫伤创面修复模型、抗小鼠衰老模型对重组胶原蛋白主要药效学进行研究。　　（1）确定了超滤的最佳参数为：料液温度T=25℃、料液pH=7.0、料液蛋白浓度C=0.3％、操作压力P=0.25MPa、料液体积流量为2L/min,结合丙烯葡聚糖凝胶S-100凝胶层析柱对重组胶原蛋白的提纯可使最终目标蛋白的纯度达到99.6%，回收率为95.3%，分离纯化效果良好。　　（2）生物相容性实验显示重组胶原蛋白促进细胞生长的起效量为0.005%;其在24h内的促进细胞迁移能力优于市售普通胶原蛋白样品;重组胶原蛋白具有较好的促细胞黏附性，且浓度越大，细胞黏附性越强;促渗剂的加入或RHC浓度的增大都能促进组织对胶原蛋白的吸收。　　（3）重组胶原蛋白皮下注射安全性实验显示，在试验周期内，全部小鼠的饮水情况、采食情况、体温等指标正常，生存情况良好，没有死亡现象。因此重组胶原蛋白对小动物基本上不存在毒性。　　（4）重组胶原蛋白能显著减少大鼠肝损伤的出血时间和出血量，减少肝脏病理损伤，下调因肝脏损伤而上升的各项指标，显示出较好的抗肝出血及较好的肝损伤修复作用;重组胶原蛋白能显著改善深Ⅱ度烫伤大鼠创面微环境,减少炎性细胞浸润,促进烫伤创面愈合;能缓解D-半乳糖所致小鼠皮肤衰老现象，显著减少衰老皮肤病理损伤，改善胶原纤维组织分布，增加皮肤弹性纤维数量并改善弹性纤维形态。