快速熔煉法制備含Nd生物鎂合金①

萬天++李夢君++宋述鵬

摘 要：作為生物植入材料常用的是金屬材料，主要包括不銹鋼、鈷鉻及鈦合金，它們具有良好的抗腐蝕性能，且相對于生物陶瓷材料的易脆和高分子材料的易分解，有更優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。但是，傳統(tǒng)金屬材料在醫(yī)療應(yīng)用上仍存在缺陷，比如因體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生磨屑或因腐蝕而產(chǎn)生有毒離子，造成局部過敏反應(yīng)或者炎癥，降低其生物相容性。因此，作為生物可降解材料的鎂合金，其良好的生物相容性和機(jī)械性能，吸引了越來越多的學(xué)者開展研究。

關(guān)鍵詞：生物植入材料 生物可降解材料 鎂合金

中圖分類號：TG146 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（c）-0120-02

1 可生物降解鎂合金研究現(xiàn)狀

鎂合金具有良好的生物相容性和力學(xué)相容性、完全可降解性和成本低的優(yōu)點，但在溶液中，特別是在含Cl-的生物體液內(nèi)腐蝕過快，限制了其在生物體內(nèi)的臨床應(yīng)用。較快的降解速率會導(dǎo)致植入材料在機(jī)體未痊愈之前就發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，降低了材料的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，使材料失效甚至完全降解；并且鎂合金的快速腐蝕會產(chǎn)生大量H2，導(dǎo)致氣泡聚集，影響組織的恢復(fù)和治療；此外，過快的降解速率將使植入體附近體液局部pH值升高，導(dǎo)致人體組織中蛋白質(zhì)發(fā)生沉積和出現(xiàn)局部溶骨等不良現(xiàn)象。

目前研究表明，提高鎂合金耐蝕性的途徑一般包括以下幾個方面：（1）高純化：減少鎂合金中有害雜質(zhì)（Fe、Ni、Cu和Co）的含量，能消除雜質(zhì)元素的不利影響，增加耐蝕性；（2）合金化：向鎂合金中添加合金元素能細(xì)化組織，析出的第二相可以作為障礙物，抑制腐蝕的進(jìn)行，而且還能增加有害雜質(zhì)的固溶度，降低雜質(zhì)的影響，提高耐蝕性；（3）表面改性：在鎂合金表面涂覆涂層，能有效阻止腐蝕液進(jìn)入基體，從而提高合金的耐蝕性和生物相容性。（4）加工工藝：較好的工藝能改善鎂合金的組織，使第二相的析出減少或分布更均勻，有助于改善其耐蝕性。Li等[1]研究了Ca含量不同的Mg-Ca合金的耐腐蝕性能和細(xì)胞毒性，發(fā)現(xiàn)隨Ca含量增加而耐蝕性下降，且Mg-1Ca合金無細(xì)胞毒性，具有良好的生物相容性。

2 生物鎂合金制備方法介紹

制備生物鎂合金的方法中的區(qū)域凝固法[2]和亞快速凝固技術(shù)[3]能有效增加合金耐蝕性。亞快速凝固技術(shù)綜合了快速凝固和常規(guī)凝固的優(yōu)點，控制冷卻速率約為0～103 K/s時結(jié)晶。這樣可減少常規(guī)凝固成分的偏析和缺陷，使有害雜質(zhì)固溶于基體中，不會形成有害的析出相，減輕腐蝕程度，同時還能形成非晶態(tài)氧化膜，提高耐蝕性。區(qū)域凝固法制備的鎂合金鑄錠，能在其中間部位減少有害雜質(zhì)的含量，是一種簡單而可控的高純鎂合金制備工藝。

另外，壓縮變形能有效地細(xì)化組織，是提高合金強韌性的有效方式，可以通過熱擠壓、熱軋、往復(fù)擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)和等徑角擠壓等技術(shù)來改善鎂合金組織的均勻性，且鎂合金的開路腐蝕電位也會提高，增加其耐蝕性能。壓縮變形的技術(shù)可以分為2類：熱加工塑性變形，主要包括熱擠壓和熱軋；劇烈塑性變形，主要包括高壓扭轉(zhuǎn)等。一般來說，熱加工塑性變形一定程度上細(xì)化了鎂合金晶粒組織，明顯提高了強韌性，降低了鎂合金腐蝕速率。

3 醫(yī)用生物鎂合金的腐蝕機(jī)理

生物鎂合金在體內(nèi)環(huán)境中的腐蝕類型可以分為4種：電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞和磨蝕。由于鎂合金中存在不同的相、成分和缺陷，且同一相的不同區(qū)域元素含量也不相同，很難形成均隨著桉樹傳入、發(fā)展、地位等不斷變化，與桉樹相關(guān)話題的是是非非爭論時起時伏，至今似乎又有新的、實際也是舊事再提的跡象?；仡檮傁破饛V泛種植桉樹熱的1996年，《廣東科技報》在3月16日以頭版頭條刊登了一位地質(zhì)工作者署名的《褒褒貶貶說桉樹》文章，到2012年局部縣市劃定禁止種植桉樹地帶、2016年一些政府部門規(guī)定的水源地區(qū)禁止新種桉樹、逐步退出桉樹林地等行政規(guī)定，多把種植桉樹與對生態(tài)造成重要影響掛鉤。與此同時，速生桉的發(fā)展從國家、政府部門的關(guān)心，國營、個體和多種營林方式出現(xiàn)，從政策扶持到自覺自愿、不斷開辟新造林區(qū)，甚至有不愿放棄經(jīng)營的情況，這些群體的感覺多是造林營林收益可觀，除了廣西每年能夠生產(chǎn)全國1/3的木材外，也發(fā)現(xiàn)許多現(xiàn)實并不與原來的宣傳觀點相同，許多問題正在或已經(jīng)通過不同的方式去解決。

1 種植桉樹評論最多之“弊”

對種植桉樹評論最多之“弊”主要包括幾方面：一是水的問題，認(rèn)為桉樹林使林地蓄水層干枯，對水資源造成不利影響；二是種植桉樹因不斷輪伐、長期生長同一樹種，引起地力衰退；三是由于桉樹人工林樹種單一，從而影響林區(qū)生物多樣性；四是大量單一無性系造林使遺傳基因窄化，大大削弱桉樹人工林控制病蟲害的機(jī)制，生物群落受破壞、病蟲災(zāi)害危機(jī)開始顯現(xiàn)等。

2 速生桉種植生產(chǎn)實踐體會

經(jīng)過20多年來的桉樹生產(chǎn)，眾多林農(nóng)在生產(chǎn)實踐中對上述問題有了新的體會。速生桉是消耗大量水分的樹種，所以生長迅速。凡在經(jīng)常干旱的地段，不宜栽種桉樹速生品種，同一林區(qū)，如土層瘠薄、沙質(zhì)嚴(yán)重?zé)o法保水的，其生長量往往不及山腳或水分充足地段的產(chǎn)量1/2。幼林、中齡林是生長旺盛階段，耗水量最大，尤其是廣大林區(qū)都是以生產(chǎn)中徑材為主，大多在6年之內(nèi)主伐完畢、再重新萌芽成林，所以它的一生都在高耗水中度過。假若把速生桉培育為大規(guī)格材，林地植被能得到恢復(fù)并形成群落，截留雨水、涵養(yǎng)水源功能并不比其他樹種的林區(qū)遜色。如桂南某地一村屯，村背后一座光禿禿大山種植任何樹種不成林，后種桉樹成活并形成大樹，林下植被茂密、種類豐富，過去沒有水流的山腳，卻長年清泉不斷，解決了這個村子用水難題，村民發(fā)現(xiàn)了這個寶貝，堅決不允許砍伐這片桉林。中、幼齡速生桉林消耗水分多，但根據(jù)科研人員測定，卻比水稻、大葉相思等植物耗水少得多，在相同耗水量的情況下，桉樹生產(chǎn)的干物質(zhì)會比許多作物多，也就是說，桉樹并沒有“白吃”這些水分。在桂西山區(qū)的干旱季節(jié)，筆者目睹了一個大山的兩種經(jīng)營結(jié)果：一側(cè)山頭是全墾后種植玉米，另一側(cè)是種植速生桉，經(jīng)過連續(xù)干旱，玉米全部萎蔫干枯、幾乎沒有收成，而桉樹林區(qū)的生長勢頭并未減弱。在相對均勻、年降雨量1 000 mL以上的廣西大部分地區(qū)，盡管桉樹消耗了大量水分，但它截留到林地上的水分，不見得比其他樹種或荒山的少。至今，還沒有人對不同樹種的林區(qū)地徑水流量、山塘水庫蓄水庫存進(jìn)行過科學(xué)測定，至少沒有公開報導(dǎo)，說明桉樹林區(qū)在相同降雨情況下水量比其他樹種減少的研究結(jié)果。假若老天爺長期不下雨，不管你栽種什么樹種，大地干旱、水庫沒水依然如此，我國西北大面積干旱、廣西區(qū)內(nèi)也有經(jīng)常干旱地帶，其實與桉樹種植無直接關(guān)連。

3 桉樹的長期種植、采伐更新對林地肥力的衰退影響

桉樹的長期種植、采伐更新、萌芽成林對林地肥力的衰退影響嚴(yán)重。這種現(xiàn)象已經(jīng)被林農(nóng)認(rèn)識和接受。不論種植什么作物、什么品種，都會消耗土壤中的養(yǎng)分，這和種植水稻、玉米、小麥等都無差異。認(rèn)為種樹靠“吃霧水”長大的，種樹不用施肥的傳統(tǒng)習(xí)慣在最初桉樹發(fā)展階段還沒有被林農(nóng)改變，從而一些只想收成，不愿投資施肥，導(dǎo)致土壤肥力下降的情況出現(xiàn)。經(jīng)過多年生產(chǎn)實踐證明，施肥與否，收益會有天壤之別。一個林農(nóng)，在一小片林地上種了桉樹，從此不再管理，雜草荊棘叢生，5年后“主伐”，產(chǎn)量不足0.2 m3，成為一個笑話。另外，開始大量種植桉樹的20世紀(jì)90年代，由于當(dāng)時沼氣、電力等在農(nóng)村尚未普及，柴火是當(dāng)時生活必須品。主伐時的大小徑材出賣獲取收入，枝葉、樹樁、樹皮也被搜刮一空。通常林農(nóng)每年每株桉樹0.5～1 kg的N、P、K為主的肥料并不能生產(chǎn)出來的桉樹整株物質(zhì)，卻全部搬移出了林地外，勢必造成地力下降。近年來林農(nóng)逐漸認(rèn)識肥料對桉樹生產(chǎn)的重要性，把每株年施肥量提高到0.75～1.5 kg。同時隨著農(nóng)村生活用電、沼氣應(yīng)用，以植物枝葉為燃料的習(xí)慣正在退出生活舞臺，不僅桉樹枝葉、樹樁沒有人去索取，林下灌木雜草也無人問津，一些更新林區(qū)由于枯枝、雜灌太多反而使作業(yè)困難，但卻為林地肥力恢復(fù)做出了重要貢獻(xiàn)。除此，桉樹專用肥料生產(chǎn)廠家也逐步認(rèn)識到補充微量元素的重要性并進(jìn)行添加；近年來又生產(chǎn)桉樹專用緩釋肥料品種，減少肥料損耗以利于桉樹的吸收。營林人希望有主伐林木的機(jī)械運用，通過粉碎林木殘留物，增加肥力返還土壤，保證肥力維持現(xiàn)狀甚至逐年上升、達(dá)到永續(xù)利用的目的。桉樹林地肥力衰退現(xiàn)象，目前已經(jīng)有一部分得到了改善。

4 關(guān)于樹種單一影響生態(tài)多樣性的問題

目前廣泛種植的速生桉品種、品系實際只有幾種，以尾葉桉、尾巨桉、巨尾桉為主。由于父本、母本品種過少，樹種多樣性無疑是欠缺的。最好能夠培育出其他速生桉樹或者樹種，從而取代目前樹種過少是理想的選擇，但現(xiàn)實中并未實現(xiàn)。近年來推出的黃梁木、綠桐（泡桐雜交品種）生長速度也十分可觀，但要證實它們的應(yīng)用價值仍需時日。在10多年前，全部采用整個山頭煉山形式，許多天然鄉(xiāng)土樹種和其他生物體系受到破壞；林地采用全墾形式使土壤肥力流失；造林密度過大使林下植物喪失競爭能力；不適地適樹、種植品種單一、施肥不足、砍伐過早、全樹利用等確實影響林區(qū)生態(tài)多樣性的存在。但是，實踐中也證明了當(dāng)前種植的品種（品系）仍然是至今最高產(chǎn)的優(yōu)良雜交品系，正如農(nóng)民不愿拒絕袁隆平推出的優(yōu)良品種一樣而受到采用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)道理也一樣，沒有人愿意在廣大農(nóng)田上為生態(tài)平衡而讓農(nóng)作物和野草雜灌生長在一起，精耕細(xì)作、高投入、高產(chǎn)出已經(jīng)成為高效的或商品性經(jīng)營的重要手段。改善營林方式，如保留山溝雜灌、塊狀造林、發(fā)展其他山上作物或多年生的珍貴樹種、自覺保護(hù)林下植被、采用有機(jī)肥料、加強病蟲害的觀察和防治等正在被營林者所接受。根據(jù)近兩年來廣西林業(yè)有害生物的普查，桉樹林區(qū)內(nèi)以桉樹謀生的昆蟲超過了500種，與這些害蟲相關(guān)的天敵種類又超過了100種，桉樹林區(qū)的動物增加、土質(zhì)改善也在實際中演變。

5 結(jié)語

營造桉樹林有利有弊，經(jīng)過科學(xué)經(jīng)營，減弊而增利，不斷改善生態(tài)是可以實現(xiàn)的。

參考文獻(xiàn)

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