第三部分代表性材料篇
　　第14章纯镁
　　14.1纯镁及其制备方法在
　　对生物可降解镁基金属的研究中，纯镁因为成分和组织简单，无合金元素和第二相物质存在，所以降解相对均匀，无需考虑合金元素及第二相物质对生物安全性的影响，因而成为生物可降解镁基金属材料研究及相关医疗器件开发中的重要一员。
　　商业用纯镁一般是含量为99.85%～99.95%的镁金属，含有铁、硅、铝、铜、镍、氯等杂质元素。国际标准化组织（ISO 8287，2000）和美国测试与材料协会（ASTM B92/B92M.07，2007）对纯镁的成分有明确的界定标准，其中ISO 8287标准中纯镁的具体成分见表14.1。镁金属有限的耐蚀能力是阻碍其实际应用的主要原因之一，因此要求纯镁中的锰、铁、铜、镍等金属元素含量以及其他杂质元素含量尽量低，以提高其耐蚀性能。对杂质元素含量同样敏感的还有镁金属的挤压加工。然而普通纯镁锭因其杂质含量高而无法满足生物医用的要求。
　　表14.1ISO 8287中标示的纯镁成分材料设计化学成分/%（ 质量分数）根据
　　工业上大量使用的纯镁提纯方法有电解法和高温蒸馏法两大类。电解法*先对菱镁矿进行热分解，加焦炭进行氯化得到氯化镁，再通过电解含氯化镁的熔融盐来制取金属镁。化学反应方程式为
　　MgCO3MgO+CO2↑（14.1）
　　2MgO+C+2Cl2 2MgCl2+CO2（14.2）
　　MgCl2Mg+Cl2↑（14.3）
　　镁还可以用热还原氧化镁的方法制取。另外还可以对从海水中提取的氯化镁进行脱水处理，加入氯化钾进行熔融电解的方法制备。
　　蒸馏法中使用比较广泛的皮江法（Pidgeon process）是将煅烧的白云石和硅铁按一定的比例混合碾压成细粉，压成团，装入耐热钢制成的蒸馏器内，在1432～1472K和67～670Pa的真空条件下获得结晶镁，再熔炼成镁锭，如图14.1所示。其特点是真空度低，设备要求较低，蒸馏的温度高，速度快，获得的镁的纯度只有99.9%左右，无法获得更高的纯度。在此基础上改进的博尔扎诺（Bolzano）法和玛格尼（Magnetherm）法，可以获得更高纯度的镁金属。此外，采用真空蒸馏（升华)的办法进行二次蒸馏可以进一步提高镁的纯度。在名为“高纯金属镁的提纯工艺方法”的专利中公开了用99.95%镁为原料，采用真空蒸馏的方法精炼得到纯度为99.99%的高纯镁，其真空蒸馏的温度为650～700℃，真空度为10Pa。张二林等设计了一种高真空低温提纯高纯镁的方法及提纯装置，通过改变蒸馏提纯的真空和温度条件，有效降低蒸馏镁中的低熔点杂质，结合翻转结晶收集板，再次收集提高纯度后的结晶镁。表14.2列出了制备高纯镁的部分国内外专利。
　　图14.1皮江法设备示意图
　　表14.2制备高纯镁的部分国内外专利专利号申请人专利
　　14.2力学能

目录
序
序二
前言
第三部分 代表性材料篇
第14章 纯镁403
14.1纯镁及其制备方法403
14.2力学性能405
14.3降解行为408
14.4细胞毒性与血液相容性412
14.5动物体内植入研究413
参考文献416
第15章 镁钙合金体系419
15.1组织调控419
15.2力学性能428
15.2.1Mg-Ca二元合金428
15.2.2Mg-Ca三元合金430
15.2.3冷热加工处理之后的Mg-Ca合金432
15.3降解行为433
15.3.1Mg-Ca合金的降解433
15.3.2Mg-Ca合金体外的降解机制439
15.4细胞毒性与血液相容性441
15.5在体动物实验443
15.6结论与展望448
参考文献448
第16章 镁锶合金体系452
16.1组织调控452
16.2力学性能460
16.2.1Mg-Sr二元合金460
16.2.2Mg-Sr系列三元合金461
16.2.3Mg-Sr系列多元合金463
16.3降解行为464
16.3.1Mg-Sr二元合金464
16.3.2MgSr系列三元合金467
16.3.3Mg-Sr系列多元合金468
16.4细胞毒性与血液相容性469
16.4.1MgSr二元合金469
16.4.2Mg-Sr系列三元合金472
16.5在体动物实验474
16.6结论与展望478
参考文献479
第17章 镁锌合金体系483
17.1组织调控483
17.1.1合金元素483
17.1.2加工方式487
17.1.3大塑性变形489
17.2力学性能491
17.3降解行为493
17.3.1电化学腐蚀降解行为493
17.3.2体外静态浸泡实验495
17.3.3体外动态腐蚀499
17.3.4Mg-Zn合金在降解过程中的力学衰减502
17.4细胞毒性与血液相容性503
17.4.11-929细胞毒性504
17.4.2MC3工3E1细胞毒性505
17.4.3hBMSCs缅胞毒性506
17.4.4VSMC细胞毒性507
17.4.5HUAEC细胞毒性507
17.4.6MEBDECs细胞毒性508
17.4.7溶血实验509
17.5在体动物实验510
17.5.1骨科植入动物在体实验510
17.5.2消化道植入动物在体实验516
17.6结论与展望597
参考文献597
第18章 镁锂合金体系533
18.1组织调控534
18.1.1合金化组织调控534
18.1.2塑性变形组织调控536
18.1.3热处理组织调控544
18.2力学性能544
18.2.1合金化对力学性能的影响545
18.2.2塑性变形对力学性能的影响546
18.3降解行为548
18.3.1合金元素对降解行为的影响548
18.3.2自然氧化膜对降解行为的影响553
18.3.3Ii元素对腐蚀产物膜的组成影响558
18.3.4晶粒度对双相Mg-9Li-1Ca合金降解行为的影响561
18.3.5表面涂层对Mg-I-i-Ca合金降解行为的影响566
18.4细胞毒性与血液相容性574
18.4.1细胞毒性574
18.4.2血液相容性577
18.5在体动物实验579
18.6结论与展望585
参考文献586
第19章 镁锡合金体系590
19.1Mg-Sn系合金的制备方法590
19.1.1熔炼工艺590
19.1.2加工工艺591
19.1.3热处理工艺592
19.2Mg-Sn系合金的力学性能593
19.2.1MgSn二元合金的力学性能593
19.2.2MgSn多元合金的力学性能594
19.3Mg-Sn系合金的降解行为594
19.3.1Mg-Sn合金的降解行为研究594
19.3.2MgSn-Mn合金的降解行为研究595
19.3.3MgSn-Ca合金的降解行为研究604
19.4Mg-Sn系合金的生物相容性605
19.4.1Mg-Sn合金的细胞毒性和血液相容性605
19.4.2Mg-Sn-Mn合金的细胞毒性和血液相容性605
19.5Mg-Sn系合金的动物实验研究606
19.5.1Mg-Sn-Mn系合金动物植入实验方法606
19.5.2Mg-Sn-Mn系合金动物植入实验结果607
19.5.3MgSn-Mn系合金动物血管内植入实验研究612
19.6结论与展望615
参考文献616
第20章 镁（硅、锰、锆、银）合金体系619
20.1Mg-Si体系619
20.1.1Si的作用619
20.1.2组织调控620
20.1.3力学性能625
20.1.4降解行为628
20.1.5细胞毒性与血液相容性630
20.2Mg-Mn体系633
20.2.1Mn的作用633
20.2.2组织调控633
20.2.3力学性能636
20.2.4降解行为638
20.2.5细胞毒性与血液相容性641
20.2.6在体动物实验642
20.3Mg-Zr体系648
20.4Mg-Ag体系649
20.5结论与展望650
参考文献650
第21章 镁钇系合金653
21.1Mg-Y系合金的制备方法653
21.1.1熔炼工艺653
21.1.2加工工艺655
21.1.3Mg-Y系合金热处理工艺657
21.1.4小结658
21.2Mg-Y系合金的力学性能658
21.2.1MgY系合金的力学性能658
21.2.2小结659
21.3Mg-Y系合金的降解行为659
21.3.1Mg-Y系合金的降解行为659
21.3.2提高Mg-Y系合金耐蚀性的途径661
21.3.3小结671
21.4Mg-Y系合金的细胞毒性和细胞相容性671
21.4.1MgY合金的细胞毒性和细胞相容性672
21.4.2Mg-Y-Zn合金的细胞毒性和细胞相容性672
21.4.3Mg-Y-Sc合金的细胞毒性和细胞相容性672
21.4.4MgY-CaZr合金的细胞毒性和细胞相容性673
21.4.5Mg-Y-Zn-Zr合金的细胞毒性和细胞相容性674
21.4.6Mg-Y-RE-Zr合金的细胞毒性和细胞相容性675
21.4.7小结675
21.5Mg-Y系合金的体内实验676
21.5.1Mg-Y系合金在骨科方面的实验研究676
21.5.2Mg-Y系合金在血管移植方面的实验研究678
21.5.3Mg-Y系合金在整形外科方面的实验研究680
21.5.4小结681
21.6结论与展望682
参考文献682
第22章 镁锌稀土合金体系687
22.1合金设计理念687
22.2组织调控690
22.2.1遁过改变合金成分进行组织调控690
22.2.2通过加工工艺进行组织调控694
22.3力学性能701
22.4降解行为702
22.5表面改性704
22.5.1磁控溅射法制备无定形氧化钛薄膜704
22.5.2溶剂热法制备片状纳米结构工薄膜706
22.5.3药物涂层的制备与药物释放709
22.6细胞毒性与血液相容性712
22.6.1溶血率和凝血时间测试712
22.6.2血小板黏附测试712
22.6.3内皮细胞生长形貌观察713
22.6.4细胞增殖与细胞毒性评价713
22.7动物实验715
22.8结论与展望716
参考文献717
第23章 镁钕锌基医用镁合金720
23.1合金设计720
23.1.1合金元素Zn对镁基面层错能的影响计算721
23.1.2合金元素Nd对镁的基面层错能的影响计算725
23.2组织结构调控726
23.3力学性能730
23.3.1适用于骨内固定器械用高强度中等塑性镁合金730
23.3.2适于血管支架用中等强度高塑性镁合金731
23.4降解行为732
23.5JDBM的表面改性734
23.5.1化学沉积法735
23.5.2阳极氧化736
23.5.3具有生物活性的Ca-P涂层737
23.6JDBM的生物相容性738
23.6.1细胞毒性738
23.6.2碱性磷酸酶ALP检测740
23.6.3溶血率741
23.6.4血小板黏附实验742
23.6.5JDBM医用镁合金的广谱抗菌功效742
23.7JDBM系列医用镁合金的动物实验747
23.7.1骨内植物材料的动物植入实验747
23.7.2JDBM2镁合金血管支架的植入实验749
23.8绪论与展望751
参考文献751
第24章 镁其他稀土元素（钆、镝、镧、铈）合金体系754
24.1Mg-Gd合金体系754
24.1.1Jd的毒性754
24.1.2Mg-Gd基合金的显微组织755
24.1.3Mg-Gd合金的力学性能757
24.1.4MgGd系合金的腐蚀降解与细胞毒性759
24.2Mg-Dy合金体系763
24.2.1Dy的毒性763
24.2.2Mg-Dy基合金的显微组织和力学性能763
24.2.3Mg-Dy基合金的腐蚀降解和细胞相容性766
24.3Mg-I-a和Mg-Ce合金体系770
24.3.1Ia和Ce的毒性770
24.3.2Mg-I-a和Mg-Ce基合金的力学性能和腐蚀降解771
24.3.3Mg-I-a和Mg-Ce基合金的细胞毒性和动物实验778
24.4结论与展望781
参考文献782
第25章 铁基可降解金属体系788
25.1纯铁788
25.1.1纯铁的力学性能788
25.1.2铁的代谢及毒性789
25.1.3纯铁的基本性质792
25.1.4纯铁在生理环境中的降解行为793
25.1.5体外生物相容性研究795
25.1.6体内动物实验796
25.2铁基合金802
25.3铁基复合材料808
25.3.1纯铁与金属的复合808
25.3.2纯铁与非金属的复合810
25.3.3Fe-X复合材料的体外生物相容性研究811
25.4铁基可降解金属的表面改性813
25.4.1增强生物相容性为目的的表面改性813
25.4.2调控降解为目的的表面图案化814
25.5铁基可降解佥属的新颖制造方法815
25.5.1电铸法815
25.5.2纳米晶化816
25.5.33D打印技术818
25.6结论与展望820
参考文献822
第26章 锌基可降解金属体系826
26.1纯锌826
26.2锌基二元合金827
26.2.1锌基二元合金的组织结构828
26.2.2锌基二元合金的力学性能829
26.2.3锌基