医用镁合金体外降解行为研究

发布时间：2017-08-31 10:17

  本文关键词：医用镁合金体外降解行为研究

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【摘要】：由于具有优异的生物可降解吸收性、良好的力学性能以及生物相容性,镁及镁合金在医用植入材料领域受到越来越多的关注。其中,稀土Y、Nd、Gd等元素由于较好的生物安全性能及对Mg力学性能较好的改善作用,它们的低微合金化镁合金成为各国医用材料领域研究的热点方向。本实验选择Y、Nd、Gd三种元素作为添加元素,通过铸造、固溶、挤压、热轧、退火等加工方式,分别制备了厚度为2mm的纯镁板材以及含量为0.5at%三种稀土元素镁合金板材。通过光学金相显微镜(OM)观察样品加工处理前后的金相、利用扫描电子显微镜(SEM)观察样品腐蚀产物及基体的形貌、通过X射线衍射仪(XRD)分析腐蚀产物的物相、并通过体外析氢试验、体外浸泡试验、力学性能测试等方式研究了纯镁及三种稀土镁合金板材在37Cm-SBF模拟体液中无应力和应力状态下的降解速率和力学性能保有率,综合研究纯镁及稀土镁合金体外降解行为的规律和机理。显微组织观察发现,经过挤压、热轧和退火过程后,四种成分的晶粒相比于铸态显著减小,其中Mg-Nd的晶粒最为细小,平均晶粒尺寸仅约为10μm。这是由于Nd在Mg中的溶解度较小,和Mg形成的第二相在挤压及轧制过程中破碎成数量较多、体积较小的残余颗粒,再结晶过程中阻碍了晶界的迁移,从而起到了较好的细化晶粒的效果。力学性能测试表明,稀土元素的加入显著提高了板材的塑性,这归因于稀土元素对Mg合金织构有明显的弱化作用。不同应力状态下体外降解实验结果表明,纯镁及三种Mg-RE二元合金在37℃的m-SBF中均具有应力腐蚀敏感性,在0.72倍σ0.2应力状态下各种成分的样品腐蚀速率均高于无应力。在无应力状态下,纯镁板材的腐蚀速率小于Mg-RE合金,耐蚀性能最好;Mg-Y合金的腐蚀速率最快。应力状态下Mg-Nd合金的腐蚀速率最慢,纯镁的腐蚀速率最快。腐蚀物及板材基体的扫描电镜观察结果表明,在37℃的m-SBF溶液中,纯镁和三种二元Mg-RE合金的腐蚀均呈宏观均匀、微观点蚀的形貌。腐蚀初期,样品表面生成龟裂开的疏松表面膜,并产生白色絮状腐蚀物：随着腐蚀的时间增加,表面逐渐出现多层堆积的龟裂产物,且在腐蚀过程中出现产物的脱落现象。虽然四种材料的成分不同,但在腐蚀初期,产物均以Mg(OH)2为主,并有少量的含P、Ca化合物；在腐蚀的后期,Mg(OH)2含量降低,含P、Ca元素的化合物含量增高。力学性能测试结果表明,随着腐蚀时间的增加,不论是否有应力加载,材料的力学性能均明显下降,且在腐蚀前期下降较快；0.72倍σ0.2应力状态下各样品的综合力学性能均低于无应力状态。在不同的应力状态下经过14天腐蚀后,纯镁的抗拉强度和屈服强度性能最好,但塑性(延伸率)较差：在三中合金中,Mg-Nd合金的综合力学性能最好,Mg-Gd合金的综合力学性能最差。
【关键词】：医用镁合金 纯镁 稀土 体外降解 应力腐蚀
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22;R318.08
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-23
• 1.1 生物医用材料定义和性能要求8
• 1.2 传统生物医用合金及其研究现状8-10
• 1.3 医用镁合金简介10-21
• 1.3.1 医用镁合金的优势10-11
• 1.3.2 镁合金在医学领域的应用11
• 1.3.3 常见的镁基合金及其研究现状11-13
• 1.3.4 Mg-RE生物医用镁合金及其研究现状13-15
• 1.3.5 镁合金在体液环境中的腐蚀15-20
• 1.3.6 医用生物镁合金的研究进展20-21
• 1.4 课题选题意义及研究内容21-23
• 1.4.1 选题意义21-22
• 1.4.2 研究内容22-23
• 第二章 实验方案及研究方法23-30
• 2.1 实验方案23
• 2.2 实验设备23-24
• 2.3 实验材料24
• 2.3.1 原材料准备和合金成分设计24
• 2.3.2 材料加工方式24
• 2.4 原始显微组织观察24-25
• 2.5 析氢浸泡实验25-28
• 2.5.1 析氢腐蚀测试原理及测试方法25
• 2.5.2 m-SBF溶液配制25-26
• 2.5.3 试样制备26
• 2.5.4 析氢腐蚀装置26-27
• 2.5.5 加载装置27-28
• 2.5.6 速率计算28
• 2.6 腐蚀形貌的宏观和微观观察28-29
• 2.7 物相分析29
• 2.8 力学性能测试29-30
• 第三章 纯镁板材在m-SBF溶液中的降解行为研究30-41
• 3.1 试样未腐蚀显微组织观察30
• 3.2 析氢测试30-31
• 3.3 腐蚀形貌分析31-39
• 3.3.1 宏观形貌31-33
• 3.3.2 微观形貌及腐蚀产物分析33-39
• 3.4 力学性能测试39-41
• 第四章 Mg-RE二元合金在m-SBF溶液中的降解行为研究41-59
• 4.1 试样未腐蚀显微组织观察41-42
• 4.2 析氢测试42-45
• 4.3 腐蚀形貌分析45-57
• 4.3.1 宏观形貌45-46
• 4.3.2 微观形貌及腐蚀产物分析46-57
• 4.4 力学性能测试57-59
• 第五章 分析和讨论59-67
• 5.1 镁及其合金在模拟体液中的腐蚀机理分析59-61
• 5.2 稀土元素及材料处理方式对腐蚀性能的影响61-64
• 5.3 应力对腐蚀性能的影响64-65
• 5.4 腐蚀产物分析65-67
• 第六章 结论67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73

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本文编号：765002