可降解鎂基生物功能梯度材料的制備及表征
發(fā)布時(shí)間:2022-03-10 13:46
具有良好的生物相容性和可降解性的鎂合金是具有極大發(fā)展?jié)摿Φ墓侵踩氩牧。但是鎂合金的力學(xué)性能不足和腐蝕過(guò)快是目前臨床應(yīng)用的難題。因此需要對(duì)鎂合金進(jìn)行加工及表面改性,以提高鎂合金的力學(xué)性能和降解可控性能。攪拌摩擦加工技術(shù)(Friction stir processing,FSP)能夠使鎂合金晶粒細(xì)化,第二相分布均勻。羥基磷灰石(HA,Ca10(PO4)6(OH)2)和貝塔型磷酸三鈣(β-TCP,Ca3(PO4)2)作為骨骼的重要組成成分,具有良好的生物相容性和骨誘導(dǎo)性。因此,本文采用攪拌摩擦加工制備Mg基/HA復(fù)合材料和Mg基/β-TCP復(fù)合材料,既能提高鎂合金的力學(xué)性能又能發(fā)揮HA和β-TCP的骨誘導(dǎo)性。在Mg/HA攪拌層或Mg/β-TCP攪拌層上再進(jìn)行雙脈沖電沉積制備可降解HA涂層,獲得鎂基功能梯度材料,實(shí)現(xiàn)骨植入器械誘導(dǎo)骨修復(fù)的時(shí)序性。利用金相顯微鏡、掃描電鏡及能譜、X衍射儀、浸泡試驗(yàn)、結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試等實(shí)驗(yàn)研究鎂基功能梯度材料的微觀組...
【文章來(lái)源】:鄭州大學(xué)河南省211工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】:86 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
1 緒論
1.1 選題背景
1.2 攪拌摩擦加工技術(shù)
1.2.1 攪拌摩擦加工技術(shù)的原理
1.2.2 攪拌摩擦加工技術(shù)的影響因素
1.3 攪拌摩擦加工技術(shù)制備金屬基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀
1.4 生物功能梯度材料的研究現(xiàn)狀
1.4.1 生物功能梯度材料的概念及分類
1.4.2 生物功能梯度材料的制備方法
1.5 本論文的研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線
1.5.1 研究意義和研究?jī)?nèi)容
1.5.2 技術(shù)路線
2 實(shí)驗(yàn)材料及分析方法
2.1 生物功能梯度材料制備
2.1.1 試樣預(yù)處理
2.1.2 HA及β-TCP的預(yù)置工藝設(shè)計(jì)
2.1.3 攪拌摩擦加工工藝參數(shù)的選取
2.1.4 表面電沉積涂層制備
2.2 微觀組織結(jié)構(gòu)與組成分析
2.2.1 金相組織分析
2.2.2 掃描電鏡微觀形貌和能譜分析
2.2.3 聚焦離子束掃描電鏡微觀形貌
2.2.4 X射線衍射分析
2.2.5 傅立葉變換紅外光譜分析
2.3 性能分析
2.3.1 顯微硬度
2.3.2 電化學(xué)測(cè)試
2.3.3 涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試
2.3.4 失重分析
2.3.5 腐蝕形貌分析
3 Mg基生物功能梯度材料攪拌層的加工及組織性能表征
3.1 攪拌摩擦加工Mg-Zn-Y-Nd合金的工藝參數(shù)
3.2 攪拌層的制備及組織分析
3.2.1 鎂合金的均勻化處理
3.2.2 攪拌頭的給進(jìn)速度對(duì)顯微組織影響
3.2.3 添加HA后攪拌摩擦加工道次對(duì)顯微組織的影響
3.2.4 添加β-TCP后顯微組織及分布
3.3 Mg/HA攪拌層的性能分析
3.3.1 給進(jìn)速度對(duì)加工區(qū)顯微硬度的影響
3.3.2 添加HA后攪拌摩擦加工道次對(duì)顯微硬度的影響
3.3.3 電化學(xué)腐蝕性
3.3.4 失重分析
3.3.5 浸泡腐蝕形貌的對(duì)比分析
3.3.6 多道攪拌摩擦加工Mg基/HA在模擬體液中腐蝕機(jī)理分析
3.4 Mg/β-TCP攪拌層的性能分析
3.4.1 添加β-TCP后對(duì)顯微硬度的影響
3.4.2 電化學(xué)腐蝕性
3.4.3 失重分析
3.4.4 浸泡腐蝕形貌和腐蝕機(jī)理的分析
4 Mg基生物功能梯度材料表面HA涂層的電化學(xué)沉積
4.1 Mg/HA攪拌層對(duì)涂層前期生長(zhǎng)形貌的影響
4.1.1 電流密度對(duì)涂層前期生長(zhǎng)形貌的影響
4.1.2 不含HA和β-TCP攪拌層電沉積涂層前期生長(zhǎng)形貌變化
4.1.3 Mg/HA攪拌層涂層前期生長(zhǎng)形貌變化
4.2 Mg/β-TCP攪拌層對(duì)涂層前期生長(zhǎng)形貌的影響
4.3 電沉積工藝的選擇
4.3.1 電流密度對(duì)涂層形貌的影響
4.3.2 電沉積時(shí)間對(duì)涂層厚度的影響
5 Mg基生物功能梯度材料組織及性能分析
5.1 涂層結(jié)構(gòu)和物相分析
5.1.1 涂層形貌分析
5.1.2 涂層物相組成分析
5.1.3 涂層官能團(tuán)分析
5.2 Mg基/HA生物功能梯度材料腐蝕性能測(cè)試
5.2.1 電化學(xué)腐蝕性能
5.2.2 失重分析
5.2.3 Mg基/HA生物功能梯度材料腐蝕形貌分析
5.2.4 Mg基/HA生物功能梯度材料在模擬體液中腐蝕機(jī)理分析
5.3 Mg基/β-TCP生物功能梯度材料腐蝕性能測(cè)試
5.3.1 電化學(xué)腐蝕性
5.3.2 失重分析
5.3.3 Mg基/β-TCP生物功能梯度材料腐蝕形貌分析
5.4 涂層結(jié)合強(qiáng)度
6 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果
致謝
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]電化學(xué)沉積生物功能涂層的研究進(jìn)展[J]. 翁文劍,莊均珺,林素雅,董靈慶,程逵. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2017(11)
[2]攪拌摩擦焊清潔制造工藝過(guò)程中的缺陷分析(英文)[J]. Noor Zaman KHAN,Zahid A.KHAN,Arshad Noor SIDDIQUEE,Abdulrahman M.AL-AHMARI,Mustufa H.ABIDI. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(07)
[3]攪拌摩擦加工細(xì)晶AZ91鎂合金的加工特性(英文)[J]. G.V.V.SURYA KIRAN,K.HARI KRISHNA,Sk.SAMEER,M.BHARGAVI,B.SANTOSH KUMAR,G.MOHANA RAO,Y.NAIDUBABU,RAVIKUMAR DUMPALA,B.RATNA SUNIL. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(04)
[4]生物醫(yī)用金屬材料的研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 張永濤,劉漢源,王昌,程軍,石瑾,王嵐,于振濤. 熱加工工藝. 2017(04)
[5]Wear response of metastable b-type Ti–25Nb–2Mo–4Sn alloy for biomedical applications[J]. Shun Guo,Qi Zheng,Xiu-Li Hou,Xiao-Nong Cheng,Xin-Qing Zhao. Rare Metals. 2015(08)
[6]功能梯度生物材料在生物醫(yī)學(xué)工程中的研究進(jìn)展[J]. 鄭東,宮赫,王麗珍,張西正. 生物醫(yī)學(xué)工程與臨床. 2014(02)
[7]攪拌摩擦加工工藝及其對(duì)性能的影響研究[J]. 畢鳳琴,李會(huì)星,韓嘉平,趙紅梅,王勇. 材料導(dǎo)報(bào). 2014(01)
[8]Metallic Functionally Graded Materials:A Specific Class of Advanced Composites[J]. Jerzy J.Sobczak,Ludmil Drenchev. Journal of Materials Science & Technology. 2013(04)
[9]梯度功能材料制備技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J]. 張堅(jiān),張官兵,趙龍志,趙明娟. 熱加工工藝. 2013(04)
[10]功能梯度材料制備方法的研究現(xiàn)狀[J]. 張勇. 熱加工工藝. 2012(18)
本文編號(hào):3645756
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【文章頁(yè)數(shù)】:86 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
1 緒論
1.1 選題背景
1.2 攪拌摩擦加工技術(shù)
1.2.1 攪拌摩擦加工技術(shù)的原理
1.2.2 攪拌摩擦加工技術(shù)的影響因素
1.3 攪拌摩擦加工技術(shù)制備金屬基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀
1.4 生物功能梯度材料的研究現(xiàn)狀
1.4.1 生物功能梯度材料的概念及分類
1.4.2 生物功能梯度材料的制備方法
1.5 本論文的研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線
1.5.1 研究意義和研究?jī)?nèi)容
1.5.2 技術(shù)路線
2 實(shí)驗(yàn)材料及分析方法
2.1 生物功能梯度材料制備
2.1.1 試樣預(yù)處理
2.1.2 HA及β-TCP的預(yù)置工藝設(shè)計(jì)
2.1.3 攪拌摩擦加工工藝參數(shù)的選取
2.1.4 表面電沉積涂層制備
2.2 微觀組織結(jié)構(gòu)與組成分析
2.2.1 金相組織分析
2.2.2 掃描電鏡微觀形貌和能譜分析
2.2.3 聚焦離子束掃描電鏡微觀形貌
2.2.4 X射線衍射分析
2.2.5 傅立葉變換紅外光譜分析
2.3 性能分析
2.3.1 顯微硬度
2.3.2 電化學(xué)測(cè)試
2.3.3 涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試
2.3.4 失重分析
2.3.5 腐蝕形貌分析
3 Mg基生物功能梯度材料攪拌層的加工及組織性能表征
3.1 攪拌摩擦加工Mg-Zn-Y-Nd合金的工藝參數(shù)
3.2 攪拌層的制備及組織分析
3.2.1 鎂合金的均勻化處理
3.2.2 攪拌頭的給進(jìn)速度對(duì)顯微組織影響
3.2.3 添加HA后攪拌摩擦加工道次對(duì)顯微組織的影響
3.2.4 添加β-TCP后顯微組織及分布
3.3 Mg/HA攪拌層的性能分析
3.3.1 給進(jìn)速度對(duì)加工區(qū)顯微硬度的影響
3.3.2 添加HA后攪拌摩擦加工道次對(duì)顯微硬度的影響
3.3.3 電化學(xué)腐蝕性
3.3.4 失重分析
3.3.5 浸泡腐蝕形貌的對(duì)比分析
3.3.6 多道攪拌摩擦加工Mg基/HA在模擬體液中腐蝕機(jī)理分析
3.4 Mg/β-TCP攪拌層的性能分析
3.4.1 添加β-TCP后對(duì)顯微硬度的影響
3.4.2 電化學(xué)腐蝕性
3.4.3 失重分析
3.4.4 浸泡腐蝕形貌和腐蝕機(jī)理的分析
4 Mg基生物功能梯度材料表面HA涂層的電化學(xué)沉積
4.1 Mg/HA攪拌層對(duì)涂層前期生長(zhǎng)形貌的影響
4.1.1 電流密度對(duì)涂層前期生長(zhǎng)形貌的影響
4.1.2 不含HA和β-TCP攪拌層電沉積涂層前期生長(zhǎng)形貌變化
4.1.3 Mg/HA攪拌層涂層前期生長(zhǎng)形貌變化
4.2 Mg/β-TCP攪拌層對(duì)涂層前期生長(zhǎng)形貌的影響
4.3 電沉積工藝的選擇
4.3.1 電流密度對(duì)涂層形貌的影響
4.3.2 電沉積時(shí)間對(duì)涂層厚度的影響
5 Mg基生物功能梯度材料組織及性能分析
5.1 涂層結(jié)構(gòu)和物相分析
5.1.1 涂層形貌分析
5.1.2 涂層物相組成分析
5.1.3 涂層官能團(tuán)分析
5.2 Mg基/HA生物功能梯度材料腐蝕性能測(cè)試
5.2.1 電化學(xué)腐蝕性能
5.2.2 失重分析
5.2.3 Mg基/HA生物功能梯度材料腐蝕形貌分析
5.2.4 Mg基/HA生物功能梯度材料在模擬體液中腐蝕機(jī)理分析
5.3 Mg基/β-TCP生物功能梯度材料腐蝕性能測(cè)試
5.3.1 電化學(xué)腐蝕性
5.3.2 失重分析
5.3.3 Mg基/β-TCP生物功能梯度材料腐蝕形貌分析
5.4 涂層結(jié)合強(qiáng)度
6 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果
致謝
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]電化學(xué)沉積生物功能涂層的研究進(jìn)展[J]. 翁文劍,莊均珺,林素雅,董靈慶,程逵. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2017(11)
[2]攪拌摩擦焊清潔制造工藝過(guò)程中的缺陷分析(英文)[J]. Noor Zaman KHAN,Zahid A.KHAN,Arshad Noor SIDDIQUEE,Abdulrahman M.AL-AHMARI,Mustufa H.ABIDI. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(07)
[3]攪拌摩擦加工細(xì)晶AZ91鎂合金的加工特性(英文)[J]. G.V.V.SURYA KIRAN,K.HARI KRISHNA,Sk.SAMEER,M.BHARGAVI,B.SANTOSH KUMAR,G.MOHANA RAO,Y.NAIDUBABU,RAVIKUMAR DUMPALA,B.RATNA SUNIL. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(04)
[4]生物醫(yī)用金屬材料的研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 張永濤,劉漢源,王昌,程軍,石瑾,王嵐,于振濤. 熱加工工藝. 2017(04)
[5]Wear response of metastable b-type Ti–25Nb–2Mo–4Sn alloy for biomedical applications[J]. Shun Guo,Qi Zheng,Xiu-Li Hou,Xiao-Nong Cheng,Xin-Qing Zhao. Rare Metals. 2015(08)
[6]功能梯度生物材料在生物醫(yī)學(xué)工程中的研究進(jìn)展[J]. 鄭東,宮赫,王麗珍,張西正. 生物醫(yī)學(xué)工程與臨床. 2014(02)
[7]攪拌摩擦加工工藝及其對(duì)性能的影響研究[J]. 畢鳳琴,李會(huì)星,韓嘉平,趙紅梅,王勇. 材料導(dǎo)報(bào). 2014(01)
[8]Metallic Functionally Graded Materials:A Specific Class of Advanced Composites[J]. Jerzy J.Sobczak,Ludmil Drenchev. Journal of Materials Science & Technology. 2013(04)
[9]梯度功能材料制備技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J]. 張堅(jiān),張官兵,趙龍志,趙明娟. 熱加工工藝. 2013(04)
[10]功能梯度材料制備方法的研究現(xiàn)狀[J]. 張勇. 熱加工工藝. 2012(18)
本文編號(hào):3645756
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