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第41卷第7期 汤海燕，张 璐，陆 韬，等. 新型三维打印镁合金支架的显微结构及降解性能研究［J］.
2021年7月 南京医科大学学报（自然科学版），2021，41（07）：1021-1027 ·1025 ·

AZ91的降解速率最慢。 组成分析可知，两组试件表面的降解产物均以 Mg
2.6 降解后表面微形貌和产物元素分析 元素为主，并含有O、C、Al、P、S等元素（表1）。与降
采用扫描电镜观察体外降解实验后的试件表 解前试件的表面元素组成进行比较发现，两组试件
面可见，3D⁃AZ91 和 AZ31 表面覆盖了一层降解产 表面降解产物中O元素含量均上升至50％左右，故
物，为不规则团状结构（图 6）。采用 EDX 进行元素 推测降解产物可能为碳酸镁、氧化镁、氢氧化镁等。

3D⁃AZ91 AZ31 PLA⁃3D⁃AZ91
60 *
*
50
（ % ） 40
失重率 30

20 *
10
0
3D⁃AZ91 AZ31 PLA⁃3D⁃AZ91
两组比较，P < 0.05（n=3）。
*
图5 3D⁃AZ91、AZ31、PLA⁃3D⁃AZ91试件的析氢现象和失重率
Figure 5 Hydrogen evolution and weight loss ratio of 3D⁃AZ91，AZ31，PLA⁃3D⁃AZ91 specimens

×5 000 ×10 000 ×30 000

3D⁃AZ91

AZ31

图6 3D⁃AZ91和AZ31试件降解后的表面微形貌
Figure 6 Surface micromorphology of AZ91 and AZ31 specimens after degradation

细化大大提高了镁合金的硬度，3D⁃AZ91 的维氏硬
3 讨 论
度值几乎是AZ31的2倍。由凝固理论可知，越高的
对于临床上较为棘手的种植位点大范围骨缺 温度梯度与越快的冷却速率可以使材料具有更高
损，可应用软件预先设计出匹配骨缺损腔的个性化 的形核率，从而产生更细小的显微组织结构，且随
支架模型，再通过三维打印技术制备所需的可降解 着三维打印激光密度的增加，镁合金的晶粒会转变
镁合金支架，实现数字化技术与先进金属材料的结 为等轴晶。在增材制造过程中，晶体的生长方向受
合。从外观上看，3D打印镁合金支架与传统铸造镁 传热控制，熔池向散热的相反方向择优生长形成局
合金的颜色和重量并无明显差别，但是二者的制作 部有序的棒状晶粒。上述特性使三维打印镁合金
工艺、显微结构和性能却有所不同。 支架在力学性能上比传统铸造镁合金更具优势，表
由于 3D⁃AZ91 在加工过程中快速冷却，其在金 现为三维打印镁合金的硬度更高，而硬度越高，材
相结构上表现出较AZ31更为细小的晶粒组织，称为 料抵抗局部变形，尤其是抵抗压痕、划痕和塑性形
［14］
晶粒细化现象。而晶粒越细，材料的硬度越高 。本 变的能力越强。激光增材制造镁合金支架在工艺
研究中的维氏硬度测量结果也印证了这一点，晶粒 参数、孔隙结构上仍有广阔的研究空间。