近几十年来，已有多种硬组织植入材料被成功地开发。金属由于具有比陶瓷 或聚合物更高的机械强度及韧性，在修复或替换骨组织的生物材料方面扮演着重要角色。现有的医用金属生物材料主要包括不锈钢，钛合金及镍钴铬合金。而这些合金存在一些弱点，一是经过腐蚀或磨损会释放有毒的金属离子或者粒子，导致生物相容性的降低。二是现有金属材料的弹性模量与骨组织不匹配，导致新骨生长减慢及变形。三是现在广泛使用的金属植入板、螺丝钉等，当组织愈合后需通过第二次手术将其取出。镁合金是一种潜在的人体植入材料。镁的密度、弹性模量等综合力学性能与人体骨骼相近。更重要的是，镁与人体的相容性极好，溶解的镁离子正是人体必需的元素。Ca是人体中最重要的阳离子，是人体硬组织骨的主要组成之一，镁钙合金中富钙相的腐蚀溶解将引起局部钙浓度升高，从而促进羟基磷灰石或可作其前驱物的其它磷酸钙陶瓷的形成，有利于新生硬组织在合金表面沉积。本课题研究一种可降解的硬组织植入材料——MgCa合金，可望在腐蚀降解的同时诱导新骨生长，最终被新骨完全取代，达到彻底治愈硬组织损伤的目的。 本课题研究了纯镁及镁合金在体液浸泡实验中的腐蚀降解情况。通过金相观 察、腐蚀失重分析、pH值分析、X衍射分析、析氢速率测试、扫描电镜形貌分析、电化学腐蚀速率测量，找出了镁合金在仿生溶液中的腐蚀降解规律。最后对试样进行了细胞毒性等生物学性能测试及硬度等力学性能分析。实验结果表明： (1)自行设计、冶炼含0~2.0%Ca的镁合金。通过控制中间合金的加入量，分 别得到Mg-0.7Ca、Mg-2.0Ca、Mg-0.74Ca-0.35Y、Mg-1.9Ca-0.45Y及Mg-2.0Ca-1.2Y五种不同组分的镁基合金。其中，含0~1%Ca的镁基合金在国内是首创。 (2)上述五种合金与99.9%纯镁、Mg-Zn合金对比，在本实验仿生体液中浸泡 后检查分析，结果显示，在以上所有合金中，Mg-0.7Ca合金的平均失重率最低，其值为1.11%/d；pH值变化最为缓慢；电化学腐蚀速率为2.298mA/mm2，仅次于纯镁的2.086 mA/mm2；显微硬度HV为85，较纯镁及其他合金均高；细胞毒性为0~1级，满足细胞毒性的要求。因此，Mg-0.7Ca合金具有最佳的耐蚀性能、生物相容性等综合性能。 (3)最佳组分配比的Mg-0.7Ca合金，在仿生体液浸泡前时显微组织均致密、 细小，XRD分析显示，浸泡前主要为α-Mg及Mg2Ca相，浸泡后其表面主要为α -Mg及TCP[Ca3(PO4)2]相，且随着时间增加，表面物相出现非晶化趋势。同时，宏观可见致密、均匀的白色物质并与基体结合良好。这些特征表明该合金在仿生体液环境下的腐蚀降解行为导致它良好的骨诱导性能，同时，该合金表面出现非晶化趋势白色钝化膜及生物TCP陶瓷，是该Mg-Ca合金耐蚀性能提高对原因之一。 (4)热力学计算证明，由于钙的标准电势低于纯镁，当钙固溶于镁中，或者 以单质形式析出时，合金内部产生微电化学反应，钙成为牺牲阳极，从而加速合金的腐蚀。而铸态的镁合金由于非平衡结晶钙形成了Mg2Ca。因此，铸态的Mg-Ca合金将拥有较好的耐腐蚀性能。

本文介绍了在工业纯铁和0Cr17铁素体不锈钢中加入不同含量的强碳氮化合 物形成元素钛，并加入适量的硅、锰、铝，利用钛与C、N原子的强烈亲和作用，来固定C、N等间隙原子，生产含钛铁素体不锈钢。包括试验钢的化学成分设计，冶炼、锻造及普通的轧制工艺设计。采用了金相显微镜、透射电子显微镜等显微分析手段和力学性能、电化学试验等试验方法，观察和分析了试验钢的组织、晶界、析出物的特点，考察了钛对试验钢的强韧性的影响，研究了试验钢的耐腐蚀性能，并对不锈钢的微合金化问题进行了较为全面的探讨。 通过对试验钢的力学性能和显微分析后可以认为，当材料在低于奥氏体再结 晶温度而高于Ar3相变温度时变形，能够促使相变在较高的温度下发生，并且能得到较小半径的临界核胚。要想得到超细晶铁素体组织，必须对钢铁材料进行较大程度的变形。强碳氮化合物形成元素钛可以通过其碳氮化合物在均热时阻止奥氏体晶粒的长大，热轧过程中阻止奥氏体再结晶及钢中存在的细小未溶的钛的碳氮化合物促进γ→α转变这几个方面来细化铁素体晶粒。试验结果表明，钛可以细化0Cr13铁素体不锈钢晶粒，提高其强度，改善其韧性，使之具有较好的加工性能。钛的添加量有一最佳范围，过多过少都不能获得理想的强化效果，当钛的含量为碳含量的6～9倍时具有较好的效果。分析计算表明，第二相析出粒子Ti（C,N）粒子对铁素体晶界的拖曳力主要取决于其大小及所占体积分数。Ti（C,N）粒子越小，所占体积分数越大，越能有效地细化铁素体晶粒，从而提高钢铁材料的综合性能。通过对沉淀析出第二相粒子的热力学与动力学分析可知，Ti（C,N）析出粒子越细小，越容易粗化，因而要得到极细的第二相析出粒子比较困难。通过实验室的电化学试验结果分析，表明：普通的0Cr13型铁素体不锈钢耐晶间腐蚀的能力较差。引入钛之后，钢中的碳与强碳氮化合物形成元素钛可以生成很稳定的钛碳化物，(Fe,Cr)7C3在晶界上的析出受到抑制。钛元素的引入，消除了钢中的C、N间隙原子，抑制了珠光体组织的生成，净化了铁素体晶界，提高了铁素体组织的均匀性，使其耐腐蚀性能显著提高。

本文采用铸造方法制备CuZnAl（Dy、Gd）形状记忆合金，通过光学显微组织观察、扫描电子显微分析、x射线衍射分析、DSC测量相变温度、形状记忆回复率测定、化学浸泡腐蚀试验、动电位极化试验等方法较为系统研究了合金的微观组织结构、相变行为、形状记忆效应和耐腐蚀性能，揭示了稀土元素Dy和Gd对CuZnAl合金组织和性能的影响规律和机理。研究表明，稀土元素Dy和Gd在合金中形成细小弥撒的球状富稀土相，有效细化合金铸态显微组织，并在固溶处理过程中抑制晶粒长大。合金中稀土含量达0.08wt.％以后，铸态晶粒尺寸由原来的0.52mm降到0.30mm以下，合金断裂方式由脆性断裂转变为延性断裂。稀土元素提高合金的相变温度，改善合金的记忆性能。随稀土含量增多，合金形状 记忆回复率提高，Dy含量在0.08wt.％左右、Gd含量在0.08～0.12wt.％ 之间时回复率最高。CuZnAl（Dy,Gd）合金在NaCl和NaOH溶液中主要发生均匀腐蚀，抗化学腐蚀性能明显提高。电化学腐蚀测试中，D y和G d提高合金在N a C l溶液中的开路电位，腐蚀电流密度降低10倍左右。

本文在生产条件下采用冲入法制备改性纳米SiC粉体强化奥氏体不锈钢材料，研究了纳米SiC粉体对不锈钢的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响及其作用机理。试验用的纳米SiC粉体预先经过表面改性处理，粒径为20－80nm。在细化晶粒方面，其作用机理与孕育剂相类似，但与常规孕育剂不同的是，该纳米SiC粉体与飞速发展的纳米技术相结合，相同质量的改性纳米SiC粉体，能够提供更多的结晶核心，从而以微量的纳米SiC粉体便能明显地细化铸造不锈钢的组织，提高其性能。对自然冷却后得到的不同纳米SiC粉体含量的不锈钢试样进行固溶处理。采用金相检验、布氏硬度检测、拉伸试验、冲击试验、化学浸泡试验、电化学分析等方法检测了不锈钢的晶粒组织、力学性能和耐腐蚀性能，并进一步讨论了不同纳米SiC粉体加入量对不锈钢的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。研究结果表明：经改性纳米SiC粉体强化处理后的不锈钢组织明显细化，力学性能、耐点蚀性能和耐晶间腐蚀性能均得到有效提高,当纳米SiC粉体加入量为0.1%时，不锈钢的延伸率和断面收缩率分别提高了10.69%和12.30%，硬度、抗拉强度和冲击韧性分别提高了6.33%、4.70%和19.97%，点蚀速率和晶间腐蚀速率分别降低了16.05%和42.39%；断口分析结果表明：经强韧化处理后，不锈钢的断裂方式为典型的韧性断裂；极化曲线表明：当纳米SiC粉体含量为0.1% 时，不锈钢的电极电位提高了3倍；能谱分析结果表明，经强化处理后，不锈钢的铬成分偏析减轻，有效改善了晶界等易发生点蚀和晶间腐蚀部位的贫铬现象。该纳米粉体强韧化技术水平先进，设备工艺简单，操作方便，附加值高，能有效提高不锈钢的综合性能，降低能源消耗，可在铸件的生产中广泛应用，并能实现绿色生产和可持续发展。

　钒基固溶体贮氢合金V3 TiNi0. 56 由于其可逆吸放氢量大,作为镍氢电池负极材料有很大的应用前景。但合金的耐碱液腐蚀性能差,导致合金循环寿命短达不到应用要求。主要研究了合金元素Al 对钒基固溶体贮氢合金耐碱液腐蚀的影响。测试V3 TiNi0. 56Al x 合金电极的腐蚀电位、均匀腐蚀全浸试验过程中的质量损失率和组织变化,发现:V3 TiNi0. 56Al x 合金中Al 含量增加,腐蚀电位正移,腐蚀质量损失率减小,晶界的网状结构消失速度变慢,耐碱液腐蚀性能提高。

　以V2O5 、TiO2 等原料,用自蔓延高温合成法制备了钒基贮氢合金V3 TiNi0. 56 Cr x ( x = 0. 1 、0. 3) ,用EDXRF、XRD 等方法分析了合金的组织成分,用LK98B Ⅱ微机电化学分析系统、PCT 测试仪分别测试了合金的充放电性能和吸放氢性能。结果表明:随Cr含量的增加,合金放电容量和吸氢量均降低;气态放氢平台的宽度变窄、倾斜度增加;电化学放电平台电压和气态放氢平台压力均增加;循环稳定性提高。

通过坩埚下降法制备了单晶锌,同时采用金相实验和XRD分析了所生长的锌单晶,并用塔菲尔曲线外推法、循环伏安法分别研究了锌单晶(002)晶面电极和(100)晶面电极在610mol·L - 1的KOH溶液中的电化学行为. 结果表明:在610mol·L - 1的KOH溶液中,锌单晶(002)晶面电极的腐蚀速度小于(100)晶面电极;锌单晶(002)晶面电极氧化还原可逆性优于锌单晶(100)晶面电极,锌单晶(100)晶面电极的氧化和还原能力优于锌单晶(002)晶面电极.

使用多孔阳极氧化铝模板, 电沉积制备了Ni2Mo 合金纳米线。用扫描电镜(SEM) 和表面能谱(XPS) 表征沉积物形貌和组成, 用伏安法研究了Ni2Mo 合金纳米线的沉积条件及催化性能。结果表明, Ni2Mo 合金纳米线的直径在20～30 nm 之间。Ni2Mo 共沉积的伏安图上在- 1. 4 V(vs AgPAgCl) 左右出现一个扩散电流平台。光电子能谱(XPS) 表明, Ni2Mo 合金纳米线的共沉积电位出现在- 1. 4 V 以后, 大于这个电位钼以低价氧化物存在。Mo2Ni 离子浓度比大于2 时扩散电流平台消失。柠檬酸盐浓度达到2～3 倍镍盐浓度时, 扩散电流平台趋于稳定。在较优条件下电沉积的Ni2Mo 合金纳米线显示较高的析氢催化活性。

采用微观分析、电偶腐蚀试验、极化曲线分析等方法对AZ91-xCe压铸镁合金(x=0, 0.85, 1.7%)的微观组织及电偶腐蚀行为进行了研究。结果表明: 稀土Ce细化了α-Mg、β-Mg17Al12相, 在合金中形成针状和块状金属间化合物Al11Ce3, 通过优化合金微观结构, 减少合金腐蚀表面的活性点, 生成含有稀土氧化物的腐蚀产物膜, 提高了AZ91镁合金的抗电偶腐蚀性能。

用电化学方法研究了在“4 mol/ L KOH + 210 %聚丙烯酸(PAA) ”中,添加剂聚乙烯醇( PVA) 和Na3 PO4 对铝阳极电化学性能的影响。当添加2 %PVA 或8 %Na3 PO4 添加剂时,刚好能使“4 mol/ L KOH + 210 %PAA”成为胶体。与“4 mol/ LKOH+ 215 %PAA”胶体电解质相比,铝的腐蚀电流密度和极化程度降低,开路电位负移,电导率和放电时间增加。8 %Na3 PO4 对铝的电化学性能改善比2 %PVA 更加明显。

用失重腐蚀、电化学和热处理方法,研究了稳定剂醋酸铅对化学镀Ni - Fe - P - B 合金的孔隙率、失重腐蚀速率、腐蚀电流密度和硬度等影响。结果表明:当醋酸铅浓度为1. 0 mg/L时,Ni - Fe - P - B合金镀层的腐蚀电流密度最小(1. 259 mA / cm2 ) ,孔隙率最低(0. 33个/ cm2 ) ,失重腐蚀速率最小。经200～600℃热处理后,合金耐蚀性有不同程度的下降,当CPb (Ac) 2 = 1. 0 mg/L时,耐蚀性下降程度最小。然而合金硬度和耐磨性提高了(200～400℃) ,当CPb (Ac) 2 = 1. 0 mg/L, 400℃热处理后,合金硬度高达939 HV,是镀态的2倍。

通过化学氧化工艺在MB8镁合金表面制备了化学转化膜,研究了氧化液种类、浓度对镁合金及表面转化膜的电化学腐蚀行为的影响,用扫描电镜观察了表面转化膜电化学腐蚀前后的微观形貌,用电化学分析系统测试了不同溶液中的塔菲尔极化曲线,并对MB8镁合金的氧化及电化学腐蚀行为进行了分析。结果表明,经1. 5 min处理可以得到防护性能较好的氧化膜层,在0.5mol/L硫酸、0.5mol/L氢氧化钠和3. 5%氯化钠溶液中,带氧化膜镁合金的耐蚀性都比镁合金基体的耐蚀性好。