發(fā)布時(shí)間：2020-04-18 22:16

【摘要】：鎂及鎂合金的密度、彈性模量與自然骨接近,作為醫(yī)用金屬材料可以有效的降低應(yīng)力遮擋效應(yīng);鎂元素是人體必需元素之一,具有優(yōu)異的生物相容性,因此在醫(yī)用金屬材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。此外,鎂及鎂合金植入人體后會(huì)主動(dòng)降解,不需要二次手術(shù)取出,極大的降低了患者的疼痛和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。但是鎂合金在生理環(huán)境中降解速率較快,導(dǎo)致組織還未完全愈合就喪失了其機(jī)械完整性,限制了其在醫(yī)用金屬材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。目前對(duì)鎂-錫(Mg-Sn)系合金的研究較多,但在Mg-Sn系合金中添加鋅(Zn)和鈣(Ca)元素并通過軋制變形改善其力學(xué)性能和耐腐蝕性能的研究較少。因此,本文開發(fā)了新型可降解Mg-xSn-1Zn-0.5Ca(x=1、3、5 wt.%)生物鎂合金。本研究結(jié)合塑性變形(軋制)和合金化共同改善合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能;研究了Sn含量對(duì)鑄態(tài)和軋制態(tài)Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金微觀組織、室溫力學(xué)性能和腐蝕行為的影響;優(yōu)化了Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金中的Sn含量;并且為了進(jìn)一步提高基體合金的耐腐蝕性能,在綜合性能更優(yōu)的軋制態(tài)Mg-1Sn-1Zn-0.5Ca合金表面制備了羥基磷灰石(HA)涂層和羥基磷灰石/氧化石墨烯(HA/GO)復(fù)合涂層,探究了涂層對(duì)基體合金耐腐蝕性能的影響并對(duì)比分析了GO對(duì)涂層形貌及耐腐蝕性能的影響,主要研究結(jié)果如下:(1)隨著Sn含量的增加,鑄態(tài)Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金的強(qiáng)度和塑性均逐漸增加,耐腐蝕性能逐漸下降;探究了第二相及晶粒尺寸對(duì)合金強(qiáng)塑性的影響,揭示了鑄態(tài)Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金在Hank’s溶液中的腐蝕行為,發(fā)現(xiàn)第二相尺寸及數(shù)量對(duì)鎂合金的耐腐蝕性能有顯著影響。(2)開發(fā)了新型Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金的細(xì)晶多道次軋制工藝;經(jīng)過軋制后晶粒明顯細(xì)化,Mg-5Sn-1Zn-0.5Ca合金的晶粒尺寸達(dá)到6.6±1.1μm;隨著Sn含量的增加晶粒尺寸逐漸減小,第二相數(shù)量明顯增加,室溫抗拉強(qiáng)度(UTS)和屈服強(qiáng)度(YS)略有增加,延伸率逐漸下降,Mg-1Sn-1Zn-0.5Ca合金的室溫延伸率最高可達(dá)到15.3%。(3)基于EBSD和SEM的分析,研究了Sn含量對(duì)軋制態(tài)Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金再結(jié)晶行為的影響,發(fā)現(xiàn)隨著Sn含量的增加,Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金的再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)明顯下降,Mg-1Sn-1Zn-0.5Ca合金幾乎完全再結(jié)晶,其主要原因是細(xì)小彌散分布的Mg_2Sn顆粒抑制再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。(4)電化學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)和浸泡實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果表明,軋制態(tài)Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金的腐蝕速率隨著Sn含量的增加逐漸增加,軋制態(tài)Mg-1Sn-1Zn-0.5Ca合金具有最佳的耐腐蝕性能;說明與晶粒尺寸相比,Mg_2Sn相對(duì)軋制態(tài)Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金耐腐蝕性能的影響更為顯著;并且探究了軋制態(tài)Mg-xSn-1Zn-0.5Ca合金在Hank’s溶液中的腐蝕機(jī)制。(5)在綜合性能更優(yōu)的軋制態(tài)Mg-1Sn-1Zn-0.5Ca合金表面制備了HA涂層和HA/GO復(fù)合涂層,對(duì)比研究了涂層對(duì)基體合金耐腐蝕性能的影響,發(fā)現(xiàn)在沉積電壓為10 V時(shí)制備的HA/GO復(fù)合涂層具有最佳的耐腐蝕性能;探究了GO對(duì)HA晶體形核的影響機(jī)制。
【圖文】：

此外，鎂合金具有合適的力學(xué)性能，相比于其他醫(yī)用 g/cm3）和彈性模量（41 45 MPa）更接近于自然骨，因此減輕應(yīng)力遮擋效應(yīng)，有利于骨組織愈合，并且可以防止局的是，鎂合金作為醫(yī)用植入金屬材料，是可吸收、可降解金元素后，其具有良好的生物安全性。鎂元素是人體必需中存在大量鎂離子，其含量?jī)H此于鈣離子、鉀離子、鈉有的人體新陳代謝過程，參與蛋白質(zhì)的合成，激活人體內(nèi)人體骨骼的生長(zhǎng)[27,28]。近年來，人們對(duì)鎂合金的生物相容內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，鎂合金具有良好的生物相容未見明顯的不良反應(yīng)[29]。鎂合金植入人體后，釋放鎂離理濃度（0.7 1.5 mmol/L），且成人每人每日需要量超過 3為心血管支架時(shí)，其釋放的鎂離子有利于心血管疾病的痊

和 JDBM 合金在體內(nèi)的腐蝕形貌和腐蝕速率：（a）Mg 和貌；（b）Mg 和 JDBM 合金植入大鼠股骨髓腔 4 周后的腐蝕g and JDBM corrosionin vivo. (a) SEM images of Mg andsion rate after implantation in the femur medullary cavity oweeks[52 54]-Young Ha[55]等人對(duì)比研究了純鎂和 Mg 5Sn（wt.%）合金在腐蝕性能，發(fā)現(xiàn) Mg 5Sn（wt.%）合金的耐腐蝕性能優(yōu)中浸泡之后，通過 XPS 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，，Mg 5Sn（wt.%）合金一層富錫層，正是由于富錫層的存在，有效的阻止了氯離
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R318.08;TG146.22

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