本文關(guān)鍵詞：心血管支架用Mg-4Zn-xCa-yY生物鎂合金的微觀組織和性能研究

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【摘要】：現(xiàn)代社會中,人們生活條件的改善和生活方式的轉(zhuǎn)變造成了心血管疾病的發(fā)病率居高不下。心血管疾病已成為危害人類公共健康排名第一的疾病。支架植入手術(shù)治療心血管疾病有突出的優(yōu)勢,所以對心血管支架的研究有舉足輕重的意義。血管支架材料的選擇多種多樣,鎂合金因其良好的生物相容性,無毒無害且能在人體內(nèi)降解等諸多優(yōu)異性能,被人們視為新一代的支架材料。本文旨在研發(fā)一種新型、可用于血管支架的生物鎂合金材料,并通過評估材料的腐蝕性能、力學(xué)性能來判定其是否可用作血管支架。在本次研究中選取了生物相容性好,能提高合金腐蝕性能和機械性能的Ca、Y元素作為合金化元素,設(shè)計出Mg-Zn-Ca和Mg-Zn-Ca-Y系生物鎂合金。采用金屬型鑄造法熔煉出Mg-Zn-Ca和Mg-Zn-Ca-Y合金試樣,然后通過OM、XRD、SEM、EDS、浸泡實驗、電化學(xué)實驗、腐蝕形貌、產(chǎn)物分析和拉伸實驗對合金的微觀組織、腐蝕性能以及力學(xué)性能做了研究,研究結(jié)果如下:(1)不同Ca含量(0.2wt%、0.5wt%、0.7wt%、1.0wt%)的Mg-4Zn-x Ca合金,隨著Ca元素含量的增加,合金的晶粒尺寸減小。Mg-4Zn-0.2Ca合金主要由α-Mg基體和Mg Zn相組成。當(dāng)元素Ca含量為0.5wt.%時,合金中析出了Ca2Mg6Zn3相,而Ca含量超過0.5wt.%后析出的第二相轉(zhuǎn)變?yōu)镃a2Mg6Zn3相和Mg2Ca相。(2)微量Ca元素的添加能增強合金的抗腐蝕能力。這是因為Ca能細化合金晶粒,合金中Ca2Mg6Zn3相的增多會減少Mg和Zn結(jié)合生成Mg Zn相的機率,第二相數(shù)量變少從而提高合金的抵抗腐蝕的能力。但是當(dāng)合金中Ca元素含量增大超過0.5wt.%,合金中生成了Mg2Ca相,這種新相會和鎂基體形成微電偶,造成合金抗腐蝕性能降低。(3)Mg-4Zn-x Ca合金中元素Ca能細化晶粒,改善合金組織,增強合金的機械性能。其中Mg-4Zn-0.5Ca具有最大的抗拉強度為190MPa。但當(dāng)Ca元素含量超過0.5wt.%后,合金中的新生的Mg2Ca相會割裂晶體的組織,造成合金力學(xué)性能的變差。所以控制Ca元素的含量是提高Mg-4Zn-x Ca合金力學(xué)性能的關(guān)鍵。(4)在Mg-4Zn-0.5Ca合金中添加Y元素后,合金中的第二相結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變。未添加元素Y的合金中第二相為花瓣狀分布,添加元素Y后第二相呈現(xiàn)樹枝狀分布。添加Y后合金晶粒細化,并且Y元素含量越高合金的晶粒尺寸越小。(5)一部分Y在Mg-4Zn-0.5Ca-y Y合金中固溶,形成了固溶相,另一部分Y和Zn、Mg結(jié)合,在晶界析出形成新相。當(dāng)Y的含量在0.5wt.%-1 wt.%之間,合金中新析出的含Y相為I(Mg3YZn6)相,而Y的含量為1.5w.%時,合金中新析出的含Y相轉(zhuǎn)為I相和W(Mg3Y2Zn3)相。(6)少量Y元素的添加可以提高Mg-4Zn-0.5Ca-y Y合金的耐腐蝕性能。這是因為Y元素能細化合金的晶粒,均勻化合金組織,從而提高合金的抗腐蝕性能。含Y量為1wt.%的合金中的第二相在晶界處連續(xù)分布,能在一定程度上阻止腐蝕的展開,降低腐蝕速率。而Y元素含量為1.5wt.%時,第二相在晶界上大量聚集,第二相會和α-Mg基體和形成微電池,造成合金抗腐蝕能力的降低。(7)Y元素在Mg-4Zn-0.5Ca-y Y合金中具有固溶強化、析出強化和細晶強化的作用,所以Y能改善合金的機械性能。少量Y元素添加,合金中析出了I相,I相能和α-Mg基體結(jié)合,加強晶體的結(jié)合力,增大合金的抗拉強度。但Y含量超過1wt.%后,合金中會析出W相,W相就會成為合金中的裂紋源,造成了合金力學(xué)性能的下降。其中Mg-4Zn-0.5Ca-1.0Y合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能最好,其平均腐蝕速率為0.165 mm/a,抗拉強度為216 MP,伸長率為12.36%。
【關(guān)鍵詞】：Mg-Zn-Ca-Y合金 腐蝕性能 力學(xué)性能 微觀組織
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.22;R318.08
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 心血管疾病的現(xiàn)狀與治療13-14
• 1.1.1 心血管疾病的現(xiàn)狀13
• 1.1.2 心血管疾病現(xiàn)階段治療技術(shù)13-14
• 1.2 心血管支架材料14-16
• 1.2.1 心血管支架的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 常用的心血管支架15-16
• 1.3 鎂合金血管支架16-21
• 1.3.1 鎂合金的性能與優(yōu)勢16-18
• 1.3.2 鎂合金血管支架的發(fā)展18-20
• 1.3.3 可降解鎂合金支架的性能要求20-21
• 1.3.4 鎂合金心血管支架的缺點21
• 1.4 本課題的研究意義與內(nèi)容21-25
• 1.4.1 本課題的研究意義21-22
• 1.4.2 本課題的研究內(nèi)容22-25
• 第二章 試驗過程及研究方法25-35
• 2.1 技術(shù)路線25-26
• 2.2 實驗原材料及合金的制備26-31
• 2.2.1 實驗材料26
• 2.2.2 熔煉保護劑26-27
• 2.2.3 熔煉設(shè)備27
• 2.2.4 鎂合金的成分的設(shè)計27-30
• 2.2.5 合金的熔煉30-31
• 2.3 顯微組織的檢測31-32
• 2.3.1 金相組織的觀察31-32
• 2.3.2 XRD物相分析32
• 2.3.3 掃描電鏡分析32
• 2.4 腐蝕性能的檢測32-34
• 2.4.1 失重實驗32-33
• 2.4.2 電化學(xué)性能測試33-34
• 2.5 力學(xué)性能的檢測34-35
• 第三章 Ca含量變化對Mg-4Zn-x Ca合金的組織與性能的影響35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 Mg-4Zn- x Ca合金的顯微組織分析35-39
• 3.2.1 Mg-4Zn- x Ca合金的金相組織35-37
• 3.2.2 Mg-4Zn- x Ca合金的成分分析37-39
• 3.3 Ca含量變化對Mg-4Zn- x Ca合金腐蝕性能的影響39-44
• 3.3.1 失重實驗39-40
• 3.3.2 電化學(xué)實驗40-43
• 3.3.3 腐蝕實驗結(jié)果分析43-44
• 3.4 Mg-4Zn- x Ca合金的力學(xué)性能44-45
• 3.5 小結(jié)45-47
• 第四章Y含量變化對Mg-4Zn-0.5Ca-y Y合金的組織與性能的影響47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 Mg-4Zn-0.5Ca-y Y合金的微組織47-52
• 4.2.1 Mg-4Zn-0.5Ca-y Y合金微觀組織47-49
• 4.2.2 Mg-4Zn-0.5Ca-y Y合金的成分分析49-52
• 4.3 Y含量變化對Mg-4Zn-0.5Ca-y Y合金腐蝕性能的影響52-58
• 4.3.1 失重腐蝕52-54
• 4.3.2 電化學(xué)腐蝕54-56
• 4.3.3 腐蝕形貌分析56-57
• 4.3.4 腐蝕產(chǎn)物分析57-58
• 4.4 Y含量變化對Mg-4Zn-0.5Ca-y Y合金的力學(xué)性能影響58-59
• 4.5 小結(jié)59-61
• 第五章 結(jié)論與展望61-65
• 5.1 結(jié)論61-62
• 5.2 展望62-65
• 參考文獻65-73
• 致謝73-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文75

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本文編號：1119022