可降解镁基生物功能梯度材料的制备及表征
发布时间：2022-03-10 13:46
具有良好的生物相容性和可降解性的镁合金是具有极大发展潜力的骨植入材料。但是镁合金的力学性能不足和腐蚀过快是目前临床应用的难题。因此需要对镁合金进行加工及表面改性,以提高镁合金的力学性能和降解可控性能。搅拌摩擦加工技术（Friction stir processing,FSP）能够使镁合金晶粒细化,第二相分布均匀。羟基磷灰石(HA,Ca10（PO4）6（OH）2)和贝塔型磷酸三钙（β-TCP,Ca3（PO4）2）作为骨骼的重要组成成分,具有良好的生物相容性和骨诱导性。因此,本文采用搅拌摩擦加工制备Mg基/HA复合材料和Mg基/β-TCP复合材料,既能提高镁合金的力学性能又能发挥HA和β-TCP的骨诱导性。在Mg/HA搅拌层或Mg/β-TCP搅拌层上再进行双脉冲电沉积制备可降解HA涂层,获得镁基功能梯度材料,实现骨植入器械诱导骨修复的时序性。利用金相显微镜、扫描电镜及能谱、X衍射仪、浸泡试验、结合强度测试等实验研究镁基功能梯度材料的微观组...
【文章来源】：郑州大学河南省211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景
1.2 搅拌摩擦加工技术
1.2.1 搅拌摩擦加工技术的原理
1.2.2 搅拌摩擦加工技术的影响因素
1.3 搅拌摩擦加工技术制备金属基复合材料的研究现状
1.4 生物功能梯度材料的研究现状
1.4.1 生物功能梯度材料的概念及分类
1.4.2 生物功能梯度材料的制备方法
1.5 本论文的研究内容及技术路线
1.5.1 研究意义和研究内容
1.5.2 技术路线
2 实验材料及分析方法
2.1 生物功能梯度材料制备
2.1.1 试样预处理
2.1.2 HA及β-TCP的预置工艺设计
2.1.3 搅拌摩擦加工工艺参数的选取
2.1.4 表面电沉积涂层制备
2.2 微观组织结构与组成分析
2.2.1 金相组织分析
2.2.2 扫描电镜微观形貌和能谱分析
2.2.3 聚焦离子束扫描电镜微观形貌
2.2.4 X射线衍射分析
2.2.5 傅立叶变换红外光谱分析
2.3 性能分析
2.3.1 显微硬度
2.3.2 电化学测试
2.3.3 涂层结合强度测试
2.3.4 失重分析
2.3.5 腐蚀形貌分析
3 Mg基生物功能梯度材料搅拌层的加工及组织性能表征
3.1 搅拌摩擦加工Mg-Zn-Y-Nd合金的工艺参数
3.2 搅拌层的制备及组织分析
3.2.1 镁合金的均匀化处理
3.2.2 搅拌头的给进速度对显微组织影响
3.2.3 添加HA后搅拌摩擦加工道次对显微组织的影响
3.2.4 添加β-TCP后显微组织及分布
3.3 Mg/HA搅拌层的性能分析
3.3.1 给进速度对加工区显微硬度的影响
3.3.2 添加HA后搅拌摩擦加工道次对显微硬度的影响
3.3.3 电化学腐蚀性
3.3.4 失重分析
3.3.5 浸泡腐蚀形貌的对比分析
3.3.6 多道搅拌摩擦加工Mg基/HA在模拟体液中腐蚀机理分析
3.4 Mg/β-TCP搅拌层的性能分析
3.4.1 添加β-TCP后对显微硬度的影响
3.4.2 电化学腐蚀性
3.4.3 失重分析
3.4.4 浸泡腐蚀形貌和腐蚀机理的分析
4 Mg基生物功能梯度材料表面HA涂层的电化学沉积
4.1 Mg/HA搅拌层对涂层前期生长形貌的影响
4.1.1 电流密度对涂层前期生长形貌的影响
4.1.2 不含HA和β-TCP搅拌层电沉积涂层前期生长形貌变化
4.1.3 Mg/HA搅拌层涂层前期生长形貌变化
4.2 Mg/β-TCP搅拌层对涂层前期生长形貌的影响
4.3 电沉积工艺的选择
4.3.1 电流密度对涂层形貌的影响
4.3.2 电沉积时间对涂层厚度的影响
5 Mg基生物功能梯度材料组织及性能分析
5.1 涂层结构和物相分析
5.1.1 涂层形貌分析
5.1.2 涂层物相组成分析
5.1.3 涂层官能团分析
5.2 Mg基/HA生物功能梯度材料腐蚀性能测试
5.2.1 电化学腐蚀性能
5.2.2 失重分析
5.2.3 Mg基/HA生物功能梯度材料腐蚀形貌分析
5.2.4 Mg基/HA生物功能梯度材料在模拟体液中腐蚀机理分析
5.3 Mg基/β-TCP生物功能梯度材料腐蚀性能测试
5.3.1 电化学腐蚀性
5.3.2 失重分析
5.3.3 Mg基/β-TCP生物功能梯度材料腐蚀形貌分析
5.4 涂层结合强度
6 结论
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学沉积生物功能涂层的研究进展[J]. 翁文剑,庄均珺,林素雅,董灵庆,程逵. 硅酸盐学报. 2017(11)
[2]搅拌摩擦焊清洁制造工艺过程中的缺陷分析（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]搅拌摩擦加工细晶AZ91镁合金的加工特性（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]生物医用金属材料的研究应用现状及发展趋势[J]. 张永涛,刘汉源,王昌,程军,石瑾,王岚,于振涛. 热加工工艺. 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医学工程中的研究进展[J]. 郑东,宫赫,王丽珍,张西正. 生物医学工程与临床. 2014(02)
[7]搅拌摩擦加工工艺及其对性能的影响研究[J]. 毕凤琴,李会星,韩嘉平,赵红梅,王勇. 材料导报. 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]梯度功能材料制备技术的现状与展望[J]. 张坚,张官兵,赵龙志,赵明娟. 热加工工艺. 2013(04)
[10]功能梯度材料制备方法的研究现状[J]. 张勇. 热加工工艺. 2012(18)
本文编号：3645756
【文章来源】：郑州大学河南省211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景
1.2 搅拌摩擦加工技术
1.2.1 搅拌摩擦加工技术的原理
1.2.2 搅拌摩擦加工技术的影响因素
1.3 搅拌摩擦加工技术制备金属基复合材料的研究现状
1.4 生物功能梯度材料的研究现状
1.4.1 生物功能梯度材料的概念及分类
1.4.2 生物功能梯度材料的制备方法
1.5 本论文的研究内容及技术路线
1.5.1 研究意义和研究内容
1.5.2 技术路线
2 实验材料及分析方法
2.1 生物功能梯度材料制备
2.1.1 试样预处理
2.1.2 HA及β-TCP的预置工艺设计
2.1.3 搅拌摩擦加工工艺参数的选取
2.1.4 表面电沉积涂层制备
2.2 微观组织结构与组成分析
2.2.1 金相组织分析
2.2.2 扫描电镜微观形貌和能谱分析
2.2.3 聚焦离子束扫描电镜微观形貌
2.2.4 X射线衍射分析
2.2.5 傅立叶变换红外光谱分析
2.3 性能分析
2.3.1 显微硬度
2.3.2 电化学测试
2.3.3 涂层结合强度测试
2.3.4 失重分析
2.3.5 腐蚀形貌分析
3 Mg基生物功能梯度材料搅拌层的加工及组织性能表征
3.1 搅拌摩擦加工Mg-Zn-Y-Nd合金的工艺参数
3.2 搅拌层的制备及组织分析
3.2.1 镁合金的均匀化处理
3.2.2 搅拌头的给进速度对显微组织影响
3.2.3 添加HA后搅拌摩擦加工道次对显微组织的影响
3.2.4 添加β-TCP后显微组织及分布
3.3 Mg/HA搅拌层的性能分析
3.3.1 给进速度对加工区显微硬度的影响
3.3.2 添加HA后搅拌摩擦加工道次对显微硬度的影响
3.3.3 电化学腐蚀性
3.3.4 失重分析
3.3.5 浸泡腐蚀形貌的对比分析
3.3.6 多道搅拌摩擦加工Mg基/HA在模拟体液中腐蚀机理分析
3.4 Mg/β-TCP搅拌层的性能分析
3.4.1 添加β-TCP后对显微硬度的影响
3.4.2 电化学腐蚀性
3.4.3 失重分析
3.4.4 浸泡腐蚀形貌和腐蚀机理的分析
4 Mg基生物功能梯度材料表面HA涂层的电化学沉积
4.1 Mg/HA搅拌层对涂层前期生长形貌的影响
4.1.1 电流密度对涂层前期生长形貌的影响
4.1.2 不含HA和β-TCP搅拌层电沉积涂层前期生长形貌变化
4.1.3 Mg/HA搅拌层涂层前期生长形貌变化
4.2 Mg/β-TCP搅拌层对涂层前期生长形貌的影响
4.3 电沉积工艺的选择
4.3.1 电流密度对涂层形貌的影响
4.3.2 电沉积时间对涂层厚度的影响
5 Mg基生物功能梯度材料组织及性能分析
5.1 涂层结构和物相分析
5.1.1 涂层形貌分析
5.1.2 涂层物相组成分析
5.1.3 涂层官能团分析
5.2 Mg基/HA生物功能梯度材料腐蚀性能测试
5.2.1 电化学腐蚀性能
5.2.2 失重分析
5.2.3 Mg基/HA生物功能梯度材料腐蚀形貌分析
5.2.4 Mg基/HA生物功能梯度材料在模拟体液中腐蚀机理分析
5.3 Mg基/β-TCP生物功能梯度材料腐蚀性能测试
5.3.1 电化学腐蚀性
5.3.2 失重分析
5.3.3 Mg基/β-TCP生物功能梯度材料腐蚀形貌分析
5.4 涂层结合强度
6 结论
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学沉积生物功能涂层的研究进展[J]. 翁文剑,庄均珺,林素雅,董灵庆,程逵. 硅酸盐学报. 2017(11)
[2]搅拌摩擦焊清洁制造工艺过程中的缺陷分析（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]搅拌摩擦加工细晶AZ91镁合金的加工特性（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]生物医用金属材料的研究应用现状及发展趋势[J]. 张永涛,刘汉源,王昌,程军,石瑾,王岚,于振涛. 热加工工艺. 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医学工程中的研究进展[J]. 郑东,宫赫,王丽珍,张西正. 生物医学工程与临床. 2014(02)
[7]搅拌摩擦加工工艺及其对性能的影响研究[J]. 毕凤琴,李会星,韩嘉平,赵红梅,王勇. 材料导报. 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]梯度功能材料制备技术的现状与展望[J]. 张坚,张官兵,赵龙志,赵明娟. 热加工工艺. 2013(04)
[10]功能梯度材料制备方法的研究现状[J]. 张勇. 热加工工艺. 2012(18)
本文编号：3645756
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