镁及其合金可能被用作心血管支架以及修复颅面和整形外科的生物植入材料,这是因为它们具有出色的生物相容性特征例如与骨骼的机械性能更接近、密度低、固有的生物相容性以及具有比陶瓷和聚合物更高的断裂韧性。此外,由于具有促进矿物质在骨表面沉积的特性,镁及其合金在不激活周围组织的情况下对骨骼重塑起到支持作用;另一方面,镁及其合金在生理环境中的逐渐溶解特征进一步促进了它们作为生物降解植入物材料的接受程度,避免了长期存在人体中的健康风险以及避免了组织完全治愈后所需的矫正手术。但是,由于镁及其合金的耐腐蚀性很差以及它们在生理环境中产生过量的氢气而导致的机械稳定性的降低,因此它们至今尚未被接受为正式的生物医学植入材料。在这项工作中,我们研究了在D-果糖和蔗糖存在条件下,AZ31镁合金在模拟体液(SBF)中的腐蚀行为;研究了 AZ31镁合金在含有甘氨酸的Hank’s溶液中的腐蚀行为以及纯镁在兔股骨中的体内降解行为。在这项工作中,我们运用了各种手段例如动电位极化、恒电位极化、电化学阻抗谱和氢气收集以及表面表征技术例如扫描电子显微镜、能量色散谱、X-射线衍射、X射线光电子能谱分析、傅里叶变换、拉曼光谱、电子探针显微分析仪、光学显微镜和体视显微镜。本工作的主要结果如下。通过表面形态分析和腐蚀产物表征,并使用专门设计的三电极系统进行原位电化学阻抗谱(EIS)测量,研究了纯镁在兔股骨中的腐蚀行为。随着植入时间的延长,在纯镁表面沉积了三层由C、0、Mg、P和Ca组成的腐蚀产物。得到的基本腐蚀产物为氢氧化镁(Mg(OH)2)、锂蒙脱石(Mg5(CO3)1(OH)2·5H2O)、单氢方解石(CaCO3·H2O)、钙蒙脱石(Mg2(PO4)(OH)·3H2O)和羟基磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))。氢氧化镁沉积在内层,而锂蒙脱石和钙蒙脱石作为主要物相沉积在中间层,而单氢方解石和羟基磷灰石作为次要物相累积在外层中。另外,P和Ca的含量随着植入时间的增加而增加,这进一步证明了 Ca-P化合物含量在镁表面的增加。EIS测量表明,植入纯镁的耐蚀性最初降低,但其耐蚀性随着植入时间的延长而增加,这可能是由于在纯镁表面上沉积了厚厚的腐蚀产物。观察到在三种溶液(空白溶液,D-果糖溶液和蔗糖溶液)中AZ31镁合金表面形成了薄的保护膜,促进了破坏性离子向腐蚀膜中的传输同时加快了镁合金初始阶段的局部腐蚀。随着浸泡时间的增加,样品表面白色颗粒状的沉积以及0、P和Ca的含量也在增加。然而,在相同的浸泡时间条件下,在D-果糖溶液中镁合金表面的O、P和Ca含量以及腐蚀产物的厚度最高,其次是蔗糖溶液,而在空白溶液中最低。此外,随着浸泡时间的增加,在三种溶液中得到的动电位极化曲线上的阳极电流密度逐渐降低。然而,在浸入含D-果糖的溶液中,样品的阳极电流密度较低。同时,随着浸没时间的延长,在含D-果糖的溶液中观察到了明显的击穿电位,这归因于随着浸没时间的延长而存在钝化状态,说明AZ31镁合金从点蚀向钝化转变。然而,在蔗糖溶液中观察到,随着浸泡时间的增加阴极电流密度变小,表明蔗糖干预了镁合金的阴极氢还原机理,这可能是由葡萄糖作为蔗糖在SBF中的解离产物而导致的。在含D-果糖的溶液中获得的析氢速率(HER)相对较低,并且随着浸没时间的增加而降低。此外,发现D-果糖对镁的阳极溶解具有更好的抑制效率,而在蔗糖溶液中观察到了阴极氢化物的形成受到了抑制。此外,随着浸泡时间的增加,观察到在三种不同溶液中样品的耐腐蚀性能逐渐降低。尽管如此,在相同的浸泡时间,D-果糖溶液中的样品仍显示出较高的耐腐蚀性,其次是蔗糖溶液,而空白溶液中样品的耐蚀性最差,这可能是由于在AZ31镁合金的表面上沉积了更厚、更致密的腐蚀产物所致。镁合金在三种不同溶液中的耐腐蚀性按降序排列为:D-果糖溶液>蔗糖溶液>空白溶液。在Hank’s溶液中,添加的甘氨酸通过吸附和螯合的聚结作用影响了 AZ31镁合金的降解行为。最初,甘氨酸的吸附作用促进了磷灰石在AZ31镁合金表面的形成。在这过程中,甘氨酸起到了缓蚀剂的作用,抑制了 AZ31镁合金的溶解。随着浸没时间的延长,来自磷灰石的Ca2+离子与甘氨酸中的螯合配体络合并形成一种可溶性化合物,从而降低了磷灰石的含量。而且,甘氨酸与Ca2+离子的螯合导致裂纹在膜表面上形成,这进一步促进了 AZ31镁合金的溶解以及多孔腐蚀产物层的形成。结果,随着在Hank’s溶液中浸泡时间的增加,AZ31镁合金的连续溶解和HER均得到增强。然而,随着浸入时间的增加,不含甘氨酸的Hank’s溶液通过在金属表面连续沉积腐蚀产物而逐渐抑制了 AZ31镁合金的腐蚀。沉积的腐蚀产物充当稳定的阻挡层,并随着浸入时间的增加而阻挡效果也增强。因此,随着浸泡时间的增加,合金的电化学活性和HER逐渐降低。此外,在相同的施加电位条件下下,在含甘氨酸的溶液中的总电流密度、负差数效应(NDE)、镁溶解电流和氢化镁形成电流密度相对较低,这表明甘氨酸具有更好的抑制效率,从而抑制了镁的阳极溶解,并进一步抑制了在初始浸泡期间由于甘氨酸吸附在AZ31镁合金表面上而导致的阴极氢化物的形成。