镁合金在模拟人体体液中腐蚀行为的研究

发布时间：2017-05-18 03:14

  本文关键词：镁合金在模拟人体体液中腐蚀行为的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，随着医用材料需求增加，，生物可降解材料发展迅速。镁合金是人体新陈代谢必需元素，具备良好的生物相容性，同时还满足生物材料力学性能条件，目前已经发展为最具潜力的生物可降解材料。但是镁化学性质活泼导致其耐蚀性能很差，作为可降解材料使用会因腐蚀过快而使得植入器械提前失效。在AZ系列商用镁合金研究较为成熟的基础上，可将其应用于生物可降解镁合金研究。本课题的研究对象为AZ80以及含稀土的AZ80+1Nd镁合金。 本文研究了不同热处理工艺下的两种合金在模拟人体体液中的腐蚀，得出热处理对两种合金腐蚀的影响规律；研究了不同PH值的模拟人体体液对两种合金腐蚀性能的影响；研究了模拟人体体液中各个离子对合金耐蚀性的影响。通过浸泡析氢实验、浸泡失重实验以及电化学实验研究合金在模拟人体体液中的腐蚀规律；通过对腐蚀的宏观照片和微观照片分析，研究其腐蚀形貌变化以及腐蚀类型；用XRD进行腐蚀产物分析。 结果表明：固溶处理后的AZ80以及AZ80+1Nd合金耐蚀性最差，固溶+时效处理后耐蚀性随时效时间的延长，呈先增强后减弱的趋势。由于Nd的加入生成较为稳定的AlNd和Al2Nd相，使得AZ80+1Nd合金耐蚀能好于AZ80合金。电化学实验表明，热处理更易影响镁合金阳极溶解反应。实验得出了AZ80+1Nd合金的平均腐蚀速度和析氢量变化很小，固溶+36h时效处理后的析氢量仅有2.8ml，浸泡5天后的平均腐蚀速度为0.0433mg/cm2day，可期望用于生物可降解镁合金的进一步研究。形貌观察显示两种合金的腐蚀类型均为点蚀和丝状腐蚀。XRD分析两种合金主要腐蚀产物为Mg(OH)2，其余的腐蚀产物还有Mg3(PO4)2、MgS2O7以及MgCO3等。 铸态AZ80和AZ80+1Nd合金在不同PH值的模拟人体体液中腐蚀后，浸泡析氢和失重实验表明PH值与两种合金腐蚀速度呈反比，即PH值升高，腐蚀速度降低。电化学分析可得，随着PH值增大，自腐蚀电位逐渐增大，自腐蚀电流密度逐渐减小，两合金腐蚀速度减小。 由铸态AZ80和AZ80+1Nd合金在不同离子的溶液中腐蚀情况可得， Cl 和SO2 4离子对两合金腐蚀起到加速作用，HPO42-、H2PO4-、HCO3-和葡萄糖起到缓蚀作用，其中HPO42-与H2PO 4离子缓蚀更明显。形貌观察显示两合金腐蚀类型均为点蚀和丝状腐蚀，主要的腐蚀产物为Mg(OH)2。同时发现含HPO42-与H2PO4-离子的溶液中产生了具有保护性作用的Mg3(PO4)2，含HCO3-离子溶液中形成少量MgCO3，而葡萄糖未直接参与腐蚀产物形成。
【关键词】：AZ80合金 AZ80+1Nd合金 腐蚀 模拟人体体液 PH值
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 医用金属植入材料简介11-13
• 1.2.1 医用不锈钢12
• 1.2.2 Co 基合金12-13
• 1.2.3 Ti 基合金13
• 1.2.4 其他医用金属植入材料13
• 1.3 镁合金作为生物可降解材料的研究13-15
• 1.3.1 生物可降解镁合金的优势和存在问题14
• 1.3.2 生物可降解镁合金的材料的发展14-15
• 1.4 镁合金的腐蚀性能研究15-20
• 1.4.1 镁合金的腐蚀机理15-16
• 1.4.2 镁合金腐蚀类型16-18
• 1.4.3 提高镁合金耐蚀性能的途径18-20
• 1.5 本课题的研究意义20-21
• 1.6 本课题主要研究内容21-22
• 2 实验材料及方法22-29
• 2.1 实验材料22-23
• 2.2 显微组织与形貌分析方法23
• 2.2.1 金相制备23
• 2.2.2 扫描电镜分析23
• 2.2.3 X 射线衍射分析23
• 2.3 热处理实验方法23-24
• 2.4 硬度试验24
• 2.5 溶液的配置24-25
• 2.6 腐蚀速度测试实验25-26
• 2.6.1 试样的制备25
• 2.6.2 浸泡析氢实验25-26
• 2.6.3 浸泡失重实验26
• 2.7 电化学腐蚀实验26-28
• 2.7.1 试样的制备26-27
• 2.7.2 开路电位测试27
• 2.7.3 极化曲线测试27-28
• 2.8 实验技术路线28-29
• 3 热处理对 AZ80 以及 AZ80+1Nd 在模拟人体体液中的腐蚀性能的影响29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 热处理对镁合金显微组织以及硬度的影响29-33
• 3.3 AZ80 以及 AZ80+1Nd 合金在模拟人体体液中的腐蚀性能研究33-44
• 3.3.1 腐蚀速度测试实验33-37
• 3.3.2 形貌与产物分析37-41
• 3.3.3 电化学腐蚀实验41-44
• 3.4 本章小结44-46
• 4 PH 值对 AZ80 以及 AZ80+1Nd 在模拟人体体液中的腐蚀性能的影响46-52
• 4.1 引言46-47
• 4.2 腐蚀速度测试实验47-50
• 4.2.1 浸泡析氢47
• 4.2.2 浸泡失重47-48
• 4.2.3 宏观形貌分析48-50
• 4.3 电化学腐蚀实验50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 模拟人体体液中各成分对 AZ80 以及 AZ80+1Nd 合金腐蚀性能的影响52-65
• 5.1 引言52
• 5.2 腐蚀速度测试实验52-57
• 5.2.1 浸泡失重52-55
• 5.2.2 浸泡析氢55-57
• 5.3 形貌与产物分析57-62
• 5.4 电化学腐蚀实验62-64
• 5.4.1 开路电位测试62-63
• 5.4.2 极化曲线测试63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 6 结论65-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

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本文编号：375036