镁合金及其微弧氧化膜在人体模拟环境中的腐蚀研究

发布时间：2017-09-07 06:07

  本文关键词：镁合金及其微弧氧化膜在人体模拟环境中的腐蚀研究

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【摘要】：镁合金作为生物医用材料,其密度与人骨密度极为相近,是人体的必须微量元素之一,并且镁合金拥有强度高、弹性模量低等特点,是二十一世纪重点研究的生物可降解材料之一。但是,由于镁合金的化学性质十分活泼,使其在使用过程中极容易受到腐蚀,严重限制了镁合金的实际应用。微弧氧化技术是一种新型有效的生物医用材料表面改性方法,可以在金属表面原位生长陶瓷氧化层,提高材料的耐蚀性。本论文中主要研究了镁合金及其微弧氧化试样在SBF溶液中的耐蚀性,并探究了水热后处理对微弧氧化膜性能的影响。通过浸泡实验、电化学交流阻抗和极化曲线方法分析镁合金试样的耐蚀性,采用X射线能谱、X射线衍射和扫面电子显微镜分析镁合金及其表面微弧氧化膜的化学成分、相组成和表面形貌。主要内容如下：1.比较了几种常见的商用镁合金ZK60、AM60、AZ91D和AZ31在SBF溶液中的耐蚀性和生物相容性。在SBF溶液中浸泡后,镁合金表面均有Ca、P元素的沉积,并且AZ91D镁合金耐蚀性最强。2.通过研究不同微弧氧化时间下形成氧化膜的表面形貌、化学成分和耐蚀性,分析微弧氧化膜的形成过程及特点。浸泡在SBF溶液中的微弧氧化膜表面有羟基磷灰石沉积,具有诱导骨生长的能力,并且当微弧氧化时间控制为10min时,得到的氧化层具有最强的耐蚀性。3.利用水热技术对微弧氧化膜进行后处理,研究了水热反应温度和水热反应溶液成分对微弧氧化膜耐蚀性的影响。水热反应温度的升高可以提高微弧氧化膜的耐蚀性,不同水热反应溶液的化学成分及浓度对改善氧化层的性能也有一定的影响。
【关键词】：镁合金 微弧氧化 模拟体液 耐蚀性 水热处理
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-18
• 第一章 绪论18-38
• 1.1 课题背景18-19
• 1.2 镁及镁合金在生物医用材料领域的优势19
• 1.3 镁及镁合金的腐蚀特点19-24
• 1.3.1 镁合金腐蚀机理20
• 1.3.2 镁合金腐蚀类型20-22
• 1.3.3 影响镁合金耐蚀性的因素22-24
• 1.4 提高镁合金耐蚀性的方法24-28
• 1.4.1 高纯镁合金及新合金的开发24
• 1.4.2 快速凝固技术24-25
• 1.4.3 热处理技术25
• 1.4.4 表面改性技术25-28
• 1.5 微弧氧化技术的研究现状28-36
• 1.5.1 微弧氧化技术概述28-29
• 1.5.2 微弧氧化技术基本原理29-32
• 1.5.3 微弧氧化的影响因素32-35
• 1.5.4 微弧氧化的后处理35-36
• 1.6 选题目的和主要研究内容36-38
• 第二章 实验方法38-46
• 2.1 实验材料与化学药品38-40
• 2.1.1 实验材料38-39
• 2.1.2 实验用化学药品39-40
• 2.2 实验装置及工艺参数40-43
• 2.2.1 微弧氧化处理工艺40-41
• 2.2.2 水热处理工艺41-43
• 2.3 镁合金及其表面微弧氧化层的性能研究43-46
• 2.3.1 膜厚度测试43
• 2.3.2 表面形貌分析43-44
• 2.3.3 表面化学成分和相组成分析44
• 2.3.4 浸泡实验44-45
• 2.3.5 电化学测试45-46
• 第三章 四种镁合金在SBF溶液中的腐蚀行为研究46-58
• 3.1 浸泡实验结果46-48
• 3.1.1 表面形貌分析46-47
• 3.1.2 失重法评价47-48
• 3.2 镁合金表面腐蚀产物分析48-52
• 3.2.1 表面形貌分析48-49
• 3.2.2 化学组成分析49-50
• 3.2.3 相组成分析50-51
• 3.2.4 腐蚀机理51-52
• 3.3 电化学测试分析52-55
• 3.3.1 电化学极化曲线52-53
• 3.3.2 电化学交流阻抗53-55
• 3.4 本章小结55-58
• 第四章 AZ91D镁合金微弧氧化成膜过程及耐蚀性研究58-76
• 4.1 微弧氧化膜厚度测试58-59
• 4.2 微弧氧化膜的形貌分析59-62
• 4.2.1 表面形貌分析59-61
• 4.2.2 截面形貌分析61-62
• 4.3 微弧氧化膜成分分析62-64
• 4.3.1 化学成分分析62-63
• 4.3.2 相组成分析63-64
• 4.4 电化学测试分析64-68
• 4.4.1 电化学极化曲线64-66
• 4.4.2 电化学交流阻抗66-68
• 4.5 浸泡实验68-74
• 4.5.1 浸泡后微弧氧化层的表面形貌68-70
• 4.5.2 浸泡后微弧氧化层的化学成分70-71
• 4.5.3 氧化层阻抗值随浸泡时间的变化71-74
• 4.6 本章小结74-76
• 第五章 水热后处理对AZ91D镁合金微弧氧化层性能的影响76-90
• 5.1 水热后处理温度对微弧氧化层的影响76-82
• 5.1.1 微弧氧化层的形貌分析76-78
• 5.1.2 化学成分及相组成分析78-80
• 5.1.3 电化学极化曲线测试分析80-82
• 5.2 水热反应溶液中添加剂对微弧氧化层的影响82-89
• 5.2.1 微弧氧化层的形貌分析82-84
• 5.2.2 微弧氧化层的成分分析84-85
• 5.2.3 电化学测试分析85-89
• 5.3 本章小结89-90
• 第六章 结论90-92
• 参考文献92-98
• 致谢98-100
• 发表论文100-102
• 作者和导师简介102-103
• 学位论文答辩委员会决议书103-104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 高家诚;胡德;宋长江;;医用镁合金降解及其对人体的影响[J];功能材料;2012年19期

2 郭远军;宁成云;谭帼馨;黄闪闪;熊文名;朱红;;镁合金表面等离子喷涂钙/磷涂层在SBF中的降解行为研究[J];稀有金属材料与工程;2012年11期

3 周贵;侯晓蓓;张东衡;胡兆燕;;生物医用镁合金改性方法的比较[J];透析与人工器官;2011年02期

4 张佳;宗阳;付彭怀;袁广银;丁文江;;镁合金在生物医用材料领域的应用及发展前景[J];中国组织工程研究与临床康复;2009年29期

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本文编号：807836