本文選題：鎂合金 + 生物可降解��； 參考：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：近年來,骨骼創(chuàng)傷和心血管疾病的多發(fā)使得生物醫(yī)用植入材料的市場(chǎng)得到快速拓展。為避免二次手術(shù)、減輕患者痛苦和降低醫(yī)療成本,生物可降解材料作為新一代植入材料正逐漸成為一顆耀眼的新星。由于具有顯著的生物相容性、可降解性和力學(xué)相容性,鎂及其合金作為一種潛在的可降解植入材料正經(jīng)歷雨后春筍般的崛起。然而不幸的是,鎂合金的腐蝕降解速率太快。盡管研究工作者通過各種手段對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理,時(shí)至今日,鎂合金的綜合性能仍然難以滿足臨床應(yīng)用要求。因此,研究開發(fā)一種具有高強(qiáng)度、高韌性、良好生物相容性且降解行為可控的高性能生物鎂合金迫在眉睫。本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型的生物醫(yī)用可降解鑄造單相Mg-1.5Zn-0.6Zr合金,以避免強(qiáng)烈的電偶腐蝕作用,研究了該合金在高、低兩種浸蝕性環(huán)境中的降解行為并揭示了其均勻腐蝕機(jī)理；創(chuàng)新性地引入稀土元素Sc對(duì)合金組織和性能加以優(yōu)化,并系統(tǒng)研究了Sc的添加量對(duì)合金組織、力學(xué)性能、降解行為和生物相容性的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上,通過對(duì)鑄態(tài)Mg-1.5Zn-0.6Zr-0.2Sc合金實(shí)施擠壓加工變形處理,進(jìn)一步提高了其力學(xué)性能和耐蝕性；同時(shí),論文探索研究了蛋白質(zhì)對(duì)合金降解行為的影響。研究發(fā)現(xiàn),Mg-1.5Zn-0.6Zr合金表現(xiàn)為單相等軸晶組織特征,晶粒中心區(qū)域富Zr,相比AZ91 D合金具有較高的極限抗拉強(qiáng)度和延伸率。在5%NaCl溶液和Hank's溶液中,Mg-1.5Zn-0.6Zr合金的降解速率均顯著低于AZ91D合金,這主要是因?yàn)镸g-1.5Zn-0.6Zr合金為單相合金,消除了強(qiáng)烈的電偶腐蝕作用,并且均勻致密的腐蝕膜對(duì)合金基體起到了較為有效的保護(hù)作用,同時(shí)Zr會(huì)鈍化Mg固溶體提高其化學(xué)惰性。在兩種溶液中,Mg-1.5Zn-0.6Zr合金均表現(xiàn)為顯著的均勻腐蝕特征,從電化學(xué)的角度分析表明, Mg-1.5Zn-0.6Zr合金在腐蝕過程中其浸蝕區(qū)和非浸蝕區(qū)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,從而揭示了其均勻腐蝕特征的原因。Sc的添加研究表明,Sc能顯著細(xì)化Mg-1.5Zn-0.6Zr-xSc (x= 0,0.2,0.5, 1.0)合金的平均晶粒尺寸,其細(xì)化機(jī)制屬于異質(zhì)形核機(jī)制；隨著Sc含量的升高,合金中析出物的種類和數(shù)量都增大。隨著Sc含量的升高,合金的屈服強(qiáng)度升高、延伸率下降、硬度和耐磨性都升高,合金的強(qiáng)硬化機(jī)制包括細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化,合金的主要磨損機(jī)制為磨粒磨損和剝層磨損。低含量Sc添加(x≤0.2%)可以優(yōu)化合金的降解行為,隨著Sc含量的進(jìn)一步升高反而會(huì)惡化合金的降解行為。Sc的添加能夠提高合金的潤(rùn)濕性和抗菌性,對(duì)L.929細(xì)胞和SP2/0細(xì)胞的活性均沒有顯著影響,而對(duì)合金的溶血率和血小板粘附行為則會(huì)產(chǎn)生一定的不利影響。經(jīng)擠壓加工后,Mg-1.5Zn-0.6Zr-0.2Sc合金晶粒得到明顯的細(xì)化,橫截面為細(xì)小的等軸晶組織,組織均勻性好：縱截面出現(xiàn)了晶粒尺寸相對(duì)較大的沿?cái)D壓方向分布的長(zhǎng)條狀組織,組織均勻性稍差。合金的強(qiáng)度、塑性和硬度都有所提高。斷裂方式由準(zhǔn)解理斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g窩和解理混合斷裂,強(qiáng)化機(jī)制為細(xì)晶強(qiáng)化。擠壓態(tài)合金橫截面相比擠壓態(tài)合金縱截面和鑄態(tài)合金具有最低的降解速率。擠壓后,合金的親水性提高,溶血率降低,抗凝血性能增強(qiáng)。本文還針對(duì)擠壓態(tài)Mg-1.5Zn-0.6Zr-0.2Sc合金研究了蛋白質(zhì)對(duì)其降解行為的影響。研究發(fā)現(xiàn),在浸泡初期(6 h內(nèi)),蛋白質(zhì)主要表現(xiàn)為吸附作用,抑制合金的腐蝕；隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),蛋白質(zhì)的螯合作用逐漸增強(qiáng),從而加速鎂合金的腐蝕。蛋白質(zhì)對(duì)鎂合金電化學(xué)行為的影響主要體現(xiàn)在提高合金的陽(yáng)極塔菲爾斜率,從而抑制合金的陽(yáng)極反應(yīng)過程。
[Abstract]:This paper has developed a new biodegradable cast single - phase Mg - 1.5Zn - 0.6Zr alloy which has high strength , high toughness , good biocompatibility and controllable degradation behavior .
The effects of Sc addition on microstructure , mechanical properties , degradation behavior and biocompatibility were studied .
On this basis , the mechanical properties and corrosion resistance of cast Mg - 1.5Zn - 0.6Zr - 0.2Sc alloy are further improved .
The results show that the Mg - 1.5Zn - 0.6Zr alloy has a higher ultimate tensile strength and elongation than AZ91 D alloy . In the 5 % NaCl solution and Hank ' s solution , the degradation rate of Mg - 1.5Zn - 0.6Zr alloy is significantly lower than that of AZ91 D alloy .
With the increase of Sc content , the variety and quantity of the precipitates in the alloy increased . As the content of Sc increased , the yield strength of the alloy increased , the elongation decreased , the hardness and the wear resistance all increased .
As the soaking time is prolonged , the chelating effect of the protein is gradually increased , thereby accelerating the corrosion of the magnesium alloy . The influence of the protein on the electrochemical behavior of the magnesium alloy is mainly embodied in improving the slope of the anode tower of the alloy , thereby inhibiting the anode reaction process of the alloy .

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.22;R318.08

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