本文關(guān)鍵詞：新型生物醫(yī)用鎂鋅鈣鍶合金的組織及性能研究

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【摘要】：可降解骨植入材料因其可在植入生物體后不斷降解,不需要取出,已成為當前生物材料領(lǐng)域的國際研究前沿與熱點。鎂合金不僅具有良好的力學(xué)相容性、生物相容性,并且能夠在生物體內(nèi)逐漸降解,因而作為一種極有發(fā)展?jié)摿Φ目山到夤侵踩氩牧先找媸艿饺藗兊那嗖A。目前大規(guī)模使用的生物醫(yī)用鎂合金材料有AZ31、WE43等,但這些合金中均含有對人體有毒性作用的鋁及稀土元素。因此當前制備出既有較好的力學(xué)性能、耐腐蝕性能,同時對人體無毒并起到一定治療作用的鎂合金,具有較高的實用價值。 本文選用具有良好生物相容性的Zn、Ca和Sr元素為微合金化元素,制備了新型的Mg-Zn-Ca-Sr合金。系統(tǒng)研究了Sr元素及Ca元素含量對合金組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性能的影響,并通過改變固溶處理條件,利用合金各性能的變化,找到最佳的固溶處理方式。研究結(jié)果表明,Ca與Sr兩種元素對合金均有較大的細化作用。鑄態(tài)組織有α-Mg及含Ca與含Sr的第二相組成。隨著合金中Sr元素含量的增加,合金的晶粒不斷細化,合金第二相晶界呈現(xiàn)先細化后粗化的趨勢；當合金中Sr元素繼續(xù)增加時,大量第二相聚集在晶界處,形成粗大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。Ca元素與Sr元素對第二相的影響趨勢不同,隨著Ca的增加,合金的第二相不斷粗化。 力學(xué)性能隨著合金中Ca和Sr元素含量的增加呈現(xiàn)先增強后降低的規(guī)律,合金耐蝕性能隨著合金中第二相的增多不斷下降,添加少量的Sr元素和Ca元素對合金的耐蝕性能影響不大。通過對合金腐蝕產(chǎn)物的掃描,發(fā)現(xiàn)合金的腐蝕產(chǎn)物層中含有Sr元素,含有Sr元素的羥基磷灰石層對合金起到一定的保護作用,提高合金的耐蝕性能,同時從合金中降解出來的Sr元素對骨形成有一定的幫助作用,可以提高骨形成能力。 為進一步提高合金的性能,本文對綜合性能較好的Mg-2Zn-0.25Ca-0.3Sr合金進行了不同工藝條件的固溶處理,對固溶處理后的合金分別作了金相、力學(xué)性能和耐蝕性能的表征,結(jié)果表明：在相同的固溶溫度條件下,隨著保溫時間的延長,合金中第二相逐漸減少,發(fā)生固溶的第二相增多。隨著固溶溫度的升高,合金的拉伸性能呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律；合金的自腐蝕電位不斷升高,合金的耐蝕性不斷提高。固溶時間較長、固溶溫度較高,合金會發(fā)生過燒現(xiàn)象,合金晶粒粗化,晶界弱化,合金的力學(xué)性能下降明顯。360℃保溫4h為最合適的固溶溫度和固溶時間,能夠提高合金的力學(xué)性能和耐蝕性能。 本文基于可降解骨植入材料,通過合金成分和固溶處理工藝的優(yōu)化,得到了力學(xué)性能和耐蝕性能較匹配的Mg-Zn-0.25Ca-0.3Sr合金,為進一步研究生物相容性和作為植入體使用奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：骨植入材料 鎂合金 熱處理 鍶 鈣 性能
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TG146.22;R318.08
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 緒論13-22
• 1.1 生物醫(yī)用骨植入材料13-15
• 1.1.1 現(xiàn)有生物醫(yī)用骨植入金屬材料13-14
• 1.1.2 生物醫(yī)用骨植入材料的基本要求14-15
• 1.2 骨植入鎂合金材料15-19
• 1.2.1 鎂合金作為骨植入材料的特性及優(yōu)勢15-16
• 1.2.2 鎂合金骨植入材料的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 鍶元素的作用18-19
• 1.2.4 骨植入鎂合金材料的發(fā)展趨勢19
• 1.3 本課題的意義及研究內(nèi)容19-21
• 1.3.1 本課題的意義19-20
• 1.3.2 本課題的研究內(nèi)容20-21
• 1.4 技術(shù)路線21-22
• 2 實驗方法及分析手段22-32
• 2.1 合金的制備及熱處理工藝設(shè)計22-26
• 2.1.1 合金成分的設(shè)計22-24
• 2.1.2 合金原料、模具及制備前準備過程24-25
• 2.1.3 熔煉及澆注過程25-26
• 2.1.4 合金熱處理26
• 2.2 顯微組織分析26-27
• 2.2.1 金相顯微(OM)分析26
• 2.2.2 X射線衍射(XRD)分析26-27
• 2.2.3 掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS)分析27
• 2.3 力學(xué)性能分析27-29
• 2.3.1 顯微硬度27-28
• 2.3.2 拉伸性能28
• 2.3.3 壓縮性能28
• 2.3.4 抗彎性能28-29
• 2.4 腐蝕性能分析29-32
• 2.4.1 電化學(xué)腐蝕分析29
• 2.4.2 電化學(xué)阻抗譜29-30
• 2.4.3 失重分析30
• 2.4.4 pH值分析30-31
• 2.4.5 腐蝕形貌觀察31-32
• 3 鍶含量對鎂鋅鈣鍶合金組織與性能的影響32-54
• 3.1 顯微組織33-40
• 3.1.1 合金相組成33-34
• 3.1.2 合金金相組織34-35
• 3.1.3 SEM和EDS分析35-40
• 3.2 Sr元素對鑄態(tài)合金力學(xué)性能的影響40-45
• 3.2.1 顯微硬度40-41
• 3.2.2 拉伸性能41-42
• 3.2.3 抗彎強度42-43
• 3.2.4 抗壓強度43-44
• 3.2.5 Sr元素對鎂鋅鈣合金力學(xué)性能的影響機理44-45
• 3.3 Sr含量對鑄態(tài)合金耐腐蝕性能的影響45-52
• 3.3.1 電化學(xué)性能45-48
• 3.3.2 失重分析48-50
• 3.3.3 腐蝕形貌分析50-51
• 3.3.4 Sr元素對合金耐腐蝕性能影響的機理分析51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 4 鈣含量對鎂鋅鈣鍶合金組織與性能的影響54-69
• 4.1 合金性能對比54-55
• 4.2 顯微組織55-58
• 4.2.1 合金相組成55
• 4.2.2 合金金相組織55-56
• 4.2.3 SEM和EDS分析56-58
• 4.3 Ca元素對鑄態(tài)合金力學(xué)性能的影響58-62
• 4.3.1 顯微硬度58-59
• 4.3.2 拉伸性能59-60
• 4.3.3 抗彎強度60
• 4.3.4 抗壓強度60-61
• 4.3.5 Ca元素對鎂鋅鈣合金力學(xué)性能的影響機理61-62
• 4.4 Ca含量對鑄態(tài)合金耐腐蝕性能的影響62-68
• 4.4.1 電化學(xué)性能62-64
• 4.4.2 失重分析64-66
• 4.4.3 腐蝕形貌分析66
• 4.4.4 Ca元素對合金耐腐蝕性能影響的機理分析66-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 5 固溶處理對Mg-Zn-Ca-Sr合金性能的影響69-79
• 5.1 固溶處理對合金組織的影響70-71
• 5.2 固溶處理對合金力學(xué)性能的影響71-73
• 5.3 固溶處理對合金耐腐蝕性能的影響73-77
• 5.3.1 固溶處理對合金電化學(xué)腐蝕性能的影響73-75
• 5.3.2 固溶處理對合金在SBF中pH值變化的影響75-77
• 5.4 熱處理對Mg-2.1Zn-0.22Ca合金的影響機理77
• 5.5 本章小結(jié)77-79
• 6 主要結(jié)論79-81
• 參考文獻81-85
• 致謝85-86
• 個人簡歷86

【參考文獻】

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本文編號：1120613