Mg-Sr-Zr医用镁合金微观组织与腐蚀性能研究

发布时间：2017-09-10 15:06

  本文关键词：Mg-Sr-Zr医用镁合金微观组织与腐蚀性能研究

  更多相关文章： 镁合金 可降解材料 腐蚀性能 模拟体液 合金化

【摘要】：镁和镁合金由于具有比常规金属材料、陶瓷和可降解聚合物更好的优点已在生物可降解植入材料领域引起相当大的关注。在植入生物体内后镁和镁合金材料在生物体内缓慢降解并最终被新生成的骨组织所取代,这消除了二次手术来取出植入件的困扰,减轻了患者的痛苦和医疗负担。然而,镁合金材料在电解水环境中过快的降解速率导致其在组织充分愈合前和新骨组织尚未生成前机械完整性的丧失,这限制了其在植入材料领域的广泛应用。合金化是提高合金耐腐蚀性能的主要方法之一,本文选用生物相容性良好的Sr和Zr元素为合金化元素,采用常规铸造法熔炼二元Mg-xSr(x=0.5、1、2、3wt.%)和三元Mg-1.0Sr-yZr(y=0.5、1、2、3wt.%)铸态合金。通过在人体模拟体液中进行失重、析氢及电化学测试系统研究了合金的腐蚀行为,利用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和配备EDS的扫描电镜(SEM)观察合金的微观组织及形貌。以寻求Sr、Zr元素的最佳添加量。研究结果如下:(1)金相、XRD和SEM显示,Sr、Zr元素的添加可以明显细化合金的微观组织,晶粒尺寸明显减小。当元素添加量增多时晶界附近有Mg17Sr2相和细小Zr颗粒相析出,晶界逐渐粗化。(2)合金试样的浸泡试验表明,适量添加Sr、Zr元素可提高合金的耐腐蚀性能。在Mg-Sr二元合金中,Mg-1Sr合金的腐蚀速率最小。在Mg-Sr-Zr三元合金中Mg-1Sr-1Zr合金的耐腐蚀性能最优。(3)电化学试验结果显示Sr、Zr元素可提高基体α-Mg的腐蚀电位,极化曲线的阳极分支显示合金元素有利于合金表面保护膜的形成,增强钝化膜的稳定性,加强对基体合金的保护能力。(4)过量Sr、Zr元素的添加导致晶界附近Mg17Sr2相和Zr颗粒相的析出,他们的腐蚀电位比镁基体高,会与镁基体形成电偶腐蚀加速基体合金的腐蚀。(5)腐蚀产物的主要成分是Mg(OH)2、(Ca,Mg)3(PO4)2和羟基磷灰石(HA),它们依附在合金表面阻碍了腐蚀的进一步深入。HA可改善合金材料的生物相容性和骨结合能力。合金的腐蚀方式为点蚀与均匀腐蚀的混合腐蚀。
【关键词】：镁合金 可降解材料 腐蚀性能 模拟体液 合金化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 生物医用材料的发展现状及趋势11-14
• 1.1.1 生物医用材料的定义及分类11
• 1.1.2 生物材料的发展历程11-12
• 1.1.3 生物材料的基本要求12-14
• 1.2 医用镁合金的性能及常见分类14-16
• 1.2.1 Mg-Al系合金14
• 1.2.2 Mg-Zn系合金14-15
• 1.2.3 Mg-Si系合金15
• 1.2.4 Mg-Zr系合金15
• 1.2.5 Mg-Ca系合金15
• 1.2.6 Mg-RE系合金15-16
• 1.3 镁合金的生物相容性16-17
• 1.4 镁合金作为生物材料的不足17-18
• 1.5 提高镁合金耐蚀性的措施18-22
• 1.5.1 高纯镁合金的制备18
• 1.5.2 合金化18-19
• 1.5.3 表面处理19-20
• 1.5.4 新结构材料的研发20-22
• l.5.5 热处理22
• 1.5.6 变形加工22
• 1.6 选题的意义与研究内容22-25
• 1.6.1 选题的意义22
• 1.6.2 主要研究内容22-25
• 第二章 实验过程与研究方法25-35
• 2.1 实验流程25-26
• 2.2 实验材料及设备26-28
• 2.2.1 实验原料及合金成分26
• 2.2.2 实验中用到的化学试剂26-27
• 2.2.3 实验所用的仪器及设备27-28
• 2.3 制备合金试样28-31
• 2.3.1 准备工作28-29
• 2.3.2 覆盖剂和精炼剂29
• 2.3.3 熔炼工艺29-31
• 2.4 试验测试31-35
• 2.4.1 微观结构与组织分析31-32
• 2.4.2 腐蚀试验32-34
• 2.4.3 电化学测试34-35
• 第三章 Sr对Mg-Sr合金显微组织及腐蚀性能的影响35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 Mg-xSr合金显微组织35-39
• 3.3 Sr对Mg-Sr合金腐蚀性能的影响39-44
• 3.3.1 失重试验结果及分析39-41
• 3.3.2 析氢试验结果及分析41-42
• 3.3.3 腐蚀形貌及腐蚀产物分析42-44
• 3.4 电化学试验结果及分析44-45
• 3.5 Mg-Sr合金在SBF中的腐蚀机理45-49
• 3.5.1 镁合金的腐蚀机制46
• 3.5.2 影响镁合金腐蚀行为的因素46-49
• 3.6 小结49-51
• 第四章 Zr对Mg-Sr-Zr合金显微组织及腐蚀性能的影响51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 Mg-1Sr-yZr合金显微组织51-54
• 4.3 Zr对Mg-1Sr-yZr合金腐蚀性能的影响54-59
• 4.3.1 失重试验结果及分析54-56
• 4.3.2 析氢试验结果及分析56
• 4.3.3 腐蚀形貌及腐蚀产物分析56-59
• 4.4 电化学试验结果及分析59-61
• 4.5 小结61-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75

【相似文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李江波;Mg-Sr-Zr医用镁合金微观组织与腐蚀性能研究[D];太原理工大学;2016年

，

本文编号：824960