新型生物医用锌合金材料成分设计及性能研究

发布时间：2017-08-21 15:16

  本文关键词：新型生物医用锌合金材料成分设计及性能研究

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【摘要】：锌及其合金因具有良好的生物相容性和适宜的腐蚀速率,被认为是21世纪最具潜力的可降解生物材料,引起了国内外学者高度重视。锌合金作为可降解生物材料主要存在的不足是其力学性能较差,因此提高锌合金的力学性能成为了医用锌合金走向应用的助推器。本文设计了不同成分的锌镁二元合金和锌镁钙三元合金,并对锌镁钙三元合金进行挤压处理以提高其力学性能。利用金相、硬度、拉伸、电化学测试、失重率测试以及生物相容性测试等方法来评价合金的综合性能,并对合金元素强化机制及合金在模拟体液(PBS)中的腐蚀行为进行了对比研究。由锌镁二元合金组织研究发现,锌镁二元合金在熔炼过程中极易发生不平衡结晶。当镁的质量百分含量低于2%时,合金由α-Zn相和由α-Zn与Mg2Zn11所构成的共晶相组成;当镁含量高于2%时合金主要由α-Zn相和α-Zn与MgZn2相所构成的包晶组织组成;当镁的质量百分含量为2%时合金中有α-Zn相、部分包晶组织以及α-Zn与MgZn2组成的伪共晶组织组成。锌镁二元合金的硬度随着镁含量的增加而增大。电化学测试结果表明ZnMg2的电化学耐腐蚀性能最佳。锌镁钙三元合金的组织研究表明,铸态合金存在严重的组织偏析,经过挤压变形后这种组织偏析基本被消除。锌镁钙的电化腐蚀性能研究表明,铸态合金的电化学性能受组织偏析影响较大,合金元素对电化性能的影响表现不明显。经过挤压变形后,镁元素对合金的电学化学性能影响不大,钙元素在镁含量较低时有利于提高合金的耐蚀性能,而且挤压态合金的耐腐蚀性能明显比铸态好。拉伸实验结果表明,随着镁含量增加,抗拉强度明显提高;锌镁钙三元合金的抗拉强度最大值为440.5MPa,屈服强度最高为169.5MPa,断后延伸率最大为6.08%。锌镁钙的浸泡实验表明,钙元素能有效降低合金的降解速率。生物相容性实验结果表明,锌合金对L-929小鼠成纤细胞呈现无毒的特性,同时低浓度的合金离子可促进小鼠成纤细胞的生长。
【关键词】：锌合金 腐蚀 挤压加工 生物降解性
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;TG146.13
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 生物材料的发展进程9-10
• 1.2 金属基可降解生物材料的研究现状10-17
• 1.2.1 铁基可降解生物材料的研究现状11-14
• 1.2.2 镁基可降解生物材料的研究现状14-16
• 1.2.3 锌基可降解生物材料的研究现状16-17
• 1.3 本课题的研究目的及意义17-19
• 2 实验方法及内容19-25
• 2.1 实验材料及制备19
• 2.2 合金组织及物相分析19-20
• 2.3 锌合金力学性能分析20
• 2.4 锌合金腐蚀性能测试20-22
• 2.5 生相容性测试22-25
• 2.5.1 浸提液制备23
• 2.5.2 细胞传代23
• 2.5.3 细胞培养及结果观察23-25
• 3 Zn-Mg二元合金组织及性能研究25-35
• 3.1 锌镁二元合金化学成分分析25
• 3.2 锌镁二元合金物相分析25-27
• 3.3 锌镁二元合金微观组织分析27-30
• 3.4 锌镁二元合金力学性能分析30-31
• 3.5 锌镁二元合金生物降解性能分析31-33
• 3.6 本章小结33-35
• 4 锌镁中间化合物性能研究35-44
• 4.1 铸态锌镁合金成分及组织分析35-36
• 4.2 锌镁合金经不同热处理后的物相组成36-37
• 4.3 热处理后锌镁合金的微观组织分析37-40
• 4.4 锌镁合金的力学性能测试40-41
• 4.5 锌镁中间合金腐蚀性能测试41-43
• 4.6 本章小结43-44
• 5 铸态Zn-Mg-Ca三元合金组织及性能研究44-57
• 5.1 铸态锌镁钙合金的成分设计及物相分析44-45
• 5.2 钙含量对铸态锌镁钙合金微观组织形貌的影响45-50
• 5.2.1 钙对合金晶粒尺寸的影响46-47
• 5.2.2 钙对锌镁钙合金组织结构及成分的影响47-50
• 5.3 锌镁钙三元合金电化学腐蚀研究50-53
• 5.3.1 锌镁钙三元合金的电化极化分析50-51
• 5.3.2 锌镁钙三元合金的电化学阻抗谱分析51-53
• 5.4 锌镁钙三元合金硬度分析53-54
• 5.5 锌镁钙三元合金的生物相容性研究54-55
• 5.6 本章小结55-57
• 6 挤压工艺对锌镁钙合金组织及性能的影响57-73
• 6.1 挤压工艺对锌镁钙合金相组成的影响57
• 6.2 挤压工艺对锌镁钙合金微观组织的影响57-60
• 6.3 挤压态锌镁钙合金电化学性能研究60-63
• 6.3.1 挤压态锌镁钙合金极化曲线研究60-62
• 6.3.2 挤压态锌镁钙三元合金电化学阻抗谱研究62-63
• 6.4 挤压态锌镁钙三元合金力学性能研究63-65
• 6.4.1 挤压态锌镁钙合金硬度分析63-64
• 6.4.2 挤压态锌镁钙合金拉伸性能64-65
• 6.5 挤压态锌镁钙合金在PBS溶液中的腐蚀行为65-70
• 6.5.1 失重率的研究65-66
• 6.5.2 腐蚀产物物相组成分析66-68
• 6.5.3 腐蚀形貌分析68-70
• 6.6 锌镁钙三元合金的生物相容性研究70-71
• 6.7 本章小结71-73
• 7 结论73-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-82
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果82

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本文编号：713600