心血管支架用可降解Mg-Zn-Y-Ca-Zr合金组织及腐蚀性能研究

发布时间：2020-03-23 09:05

【摘要】：随着心血管疾病治疗技术的发展,可降解镁合金血管支架材料的开发设计及应用逐渐成为生物材料界众多学者的研究热点。与传统金属材料相比,镁合金作为心血管支架材料具有良好的生物相容性和可降解吸收性,但是镁合金的腐蚀性能较差、腐蚀速率较快,限制了其作为支架材料在临床治疗心血管疾病的发展应用。为了提高心血管支架用可降解镁合金材料的耐腐蚀性能,本文在Mg-Zn-Y-Ca合金的基础上,选择生物相容性良好的Zr元素作为合金化元素,设计熔炼出新型的Mg-Zn-Y-Ca-xZr系生物镁合金,主要研究Zr元素、固溶处理及热挤压对合金显微组织和腐蚀性能的影响。研究结果表明:铸态Mg-3.0Zn-0.6Y-0.3Ca-xZr合金主要由α-Mg基体、Ca_2Mg_6Zn_3相和Mg_3YZn_6相组成。随着合金中Zr元素含量增加,合金组织趋于等轴枝晶,晶粒显著细化,分布于枝晶间的颗粒状析出相逐渐减少,转变为沿晶界分布的条状析出相。添加少量Zr元素可以提高合金基体电位、形成沿晶界连续分布的细小条状相,有利于提高合金的耐腐蚀性能;过量(0.5wt.%)的Zr元素使合金中形成富Zr区,析出相粗化,容易发生电偶腐蚀,对合金的耐腐蚀性能不利。实验结果显示铸态Mg-3.0Zn-0.6Y-0.3Ca-0.5Zr合金在模拟体液中表现出最佳的耐腐蚀性能,腐蚀过程可以分为3个阶段:溶质原子贫化区形成腐蚀凹槽、富Zr区-贫Zr区形成腐蚀斑点、腐蚀凹槽和腐蚀斑点相互扩展破坏基体。Mg-3.0Zn-0.6Y-0.3Ca-0.5Zr合金在固溶处理过程中枝晶形态逐渐消失,晶粒发生不同程度的长大,相组成没有发生改变。随着固溶温度升高,合金中沿晶界连续分布的条状相逐渐固溶于镁基体中,同时组织中有富Zr化合物析出。静态浸泡和电化学实验结果表明:随着固溶温度的升高,合金的耐腐蚀性能先提高后降低,其中420℃×24 h固溶处理后表现出最优的耐腐蚀性能,失重腐蚀速率、腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为0.32 mm/year,-1.468 V和8.943μA/cm~2。Mg-3.0Zn-0.6Y-0.3Ca-0.5Zr合金在热挤压过程中发生动态再结晶,晶粒显著细化,析出相发生破碎,沿挤压方向呈条带状分布。合金中大多数晶粒的(0001)晶面平行于挤压方向,形成了典型的基面织构。随着挤压温度升高,再结晶体积分数增加,再结晶晶粒尺寸增加。实验结果表明:随着挤压温度升高,合金的腐蚀性能先提高后有所降低,其中300℃挤压变形后表现出优异的耐腐蚀性能,失重腐蚀速率为0.24 mm/year,腐蚀电流密度为4.772μA/cm~2。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22;R318.08

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本文编号：2596507