【摘要】：鎂合金良好的生物學性能以及機械性能備受人們關注,但是由于鎂合金不耐腐蝕的性質限制了它的應用。目前,有很多表面改性的方法對鎂合金進行處理,例如,磁控濺射法、仿生礦化法等等。其中,激光表面熔凝因為其處理厚度可控,結構致密以及環(huán)境污染小等優(yōu)點而成為鎂合金表面改性的主要選擇。目的:通過對鎂合金表面進行激光熔凝處理,改善鎂合金的耐腐蝕性能以及細胞相容性。方法:使用氣體激光器熔凝鎂合金表面。利用掃描電鏡,金相顯微鏡,X線能譜分析儀,接觸角實驗,X線衍射儀,三維形貌儀分別對激光熔凝鎂合金表面的結構,組成,表面能,表面粗糙度進行測試。通過動電位極化曲線,析氫實驗,細胞粘附實驗以及MTT,對激光熔凝鎂合金的耐腐蝕性以及細胞相容性進行研究。結果:經過激光表面熔凝處理,激光熔凝層厚度為1300μm;而且晶粒細化,β-Mg_(17)Al_(12)的大小從61μm細化到5μm;Mg的含量從89.88%減少到70.13%,然而,Al的含量從9.23%增加到28.08%,而且Al的分布更加均勻;接觸角從71.5°(±1.1,N=10)減小到53.9°(±1.3,N=10),熔凝層的表面能增大;表面粗糙度從0.16±0.02μm增加到2.53±0.03μm。動電位極化曲線以及析氫實驗結果顯示,激光熔凝鎂合金展示出高的腐蝕電位(-1154 mV vs.Ag/AgCl)和低的腐蝕電流密度(8.920×10~-55 A/cm~2),相比于基材,激光熔凝處理的鎂合金的腐蝕電位正移了156 mV,腐蝕電流密度降低了10倍。另外,析氫實驗結果顯示,激光熔凝處理鎂合金氫氣析出速率遠低于基材的氫氣析出速率。細胞黏附實驗結果顯示,經過7天的培養(yǎng),激光熔凝處理組鎂合金表面的細胞數量更多,而且細胞平鋪在材料表面,細胞和材料以及細胞與細胞間相互黏連。細胞毒性試驗分析顯示,激光熔凝處理鎂合金浸提液培養(yǎng)1、4、7天后的細胞活性與基材無區(qū)別,但兩者增值率均大于80%,表明對細胞無毒性。結論:激光熔凝處理鎂合金表面能夠顯著提高其耐腐蝕性能和細胞黏附性能,且對細胞無毒性。
【圖文】：

圖 2-1 基材 AZ91D 及激光熔凝處理后鎂合金表面的 XRD 圖譜⑴圖 2-1 顯示激光熔凝處理后鎂合金和基材表面的 XRD 圖譜，從 XRD 圖像分析，AZ91D 鎂合金由α相和β相組成[3-5]。從放大的圖像中我們可以發(fā)現，在經過激光處理后，α-Mg 和β-Mg17Al12的衍射峰均向低角度偏移（大約 0.2°）。有文獻報道，這是在激光熔凝處理過程中，鋁在鎂中固溶導致鎂的晶格參數減小而使鎂合金中晶相的衍射峰均向右發(fā)生偏移[6-7]。然而，本實驗研究結果與文獻報道正好相反，主要原因可能是在激光器處理過程中，在鎂合金中引入了應力導致的。還有可能就是激光照射鎂合金表面時，熔池較快的冷卻速率使激光熔凝層發(fā)生了部分的非晶化以及晶粒細化[3]。

圖 2-1 基材 AZ91D 及激光熔凝處理后鎂合金表面的 XRD 圖譜⑴圖 2-1 顯示激光熔凝處理后鎂合金和基材表面的 XRD 圖譜，從 XRD 圖像分析，AZ91D 鎂合金由α相和β相組成[3-5]。從放大的圖像中我們可以發(fā)現，在經過激光處理后，α-Mg 和β-Mg17Al12的衍射峰均向低角度偏移（大約 0.2°）。有文獻報道，，這是在激光熔凝處理過程中，鋁在鎂中固溶導致鎂的晶格參數減小而使鎂合金中晶相的衍射峰均向右發(fā)生偏移[6-7]。然而，本實驗研究結果與文獻報道正好相反，主要原因可能是在激光器處理過程中，在鎂合金中引入了應力導致的。還有可能就是激光照射鎂合金表面時，熔池較快的冷卻速率使激光熔凝層發(fā)生了部分的非晶化以及晶粒細化[3]。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG178;TG665

【參考文獻】

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本文編號：2677634