新型骨植入Mg-Zn-Zr-Sr合金及其体外耐蚀性的研究

发布时间：2017-09-14 00:51

  本文关键词：新型骨植入Mg-Zn-Zr-Sr合金及其体外耐蚀性的研究

  更多相关文章： Mg-Zn-Zr-Sr合金 合金化 热处理 体外浸泡 腐蚀层成膜机理

【摘要】：在探寻一种新型具有杰出骨相容性的可降解镁合金的过程中。本文实验设计并制备了最优合金成分的Mg-Zn-Zr-Sr合金,并将其与Mg-Zn-Zr合金进行综合性能的比对,探究了Sr和Zr对镁合金的影响。随后针对Mg-Zn-Zr-Sr合金进行T6热处理,探究了Mg-Zn-Zr-Sr合金固溶和时效处理的最优条件。最后,对Mg-Zn-Sr合金、Mg-Zn-Zr合金以及Mg-Zn-Zr-Sr合金进行了体外浸泡实验,揭示了锆元素和锶元素对镁合金腐蚀行为和腐蚀层成膜机理的不同影响,结果显现:(1)通过对不同成分合金之间显微组织、力学性能以及电化学性能之间的对比,最终确定Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr-0.3wt%Sr合金为最优成分合金。加入锶元素后的Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr-0.3wt%Sr合金其显微组织主要变化为铸态合金晶粒度减小,并在晶界处出现了带状的Mg_(17)Sr_2新生第二相,挤压态合金中则出现了大量杆状镁锌第二相。锶元素的加入显著提高了Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr-0.3wt%Sr合金的力学性能,其抗拉强度和屈服强度分别可达到376.400 MPa和322.363 MPa,其数值远高于Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr合金。(2)通过采用不同条件的均匀化退火+T4处理和均匀化退火+T6处理对Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr-0.3wt%Sr合金进行热处理,根据其综合性能的变化。得出Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr-0.3wt%Sr合金最优均匀化和固溶处理条件为300℃20h均匀化退火+420℃固溶2h,最优时效条件为170℃×40h,时效处理后合金的耐蚀性略有下降,但力学性能较未热处理的Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr-0.3wt%Sr合金有所提高,其屈服强度可达为330.347 MPa,延伸率为17.2%。(3)在37℃水浴的条件下三种合金在SBF中的腐蚀速率为:CR_(Mg-3.2wt%Zn-0.3wt%Sr)CR_(Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr-0.3wt%Sr)CR_(Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr)。此外三种合金的腐蚀产物变化过程分别为:Mg-3.2wt%Zn-0.3wt%Sr合金:致密的CaHPO_4颗粒→球状CaHPO_4→絮状Mg(OH)_2→片状Mg(OH)_2;Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr-0.3wt%Sr合金:致密的CaHPO_4颗粒→针状HA→颗粒状CaPO_4颗粒;Mg-3.2wt%Zn-0.8wt%Zr合金则始终为致密的CaHPO_4颗粒,或者为:致密的CaHPO_4颗粒→颗粒状CaPO_4颗粒。
【关键词】：Mg-Zn-Zr-Sr合金 合金化 热处理 体外浸泡 腐蚀层成膜机理
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10-12
• 1.2 骨植入镁合金材料12-15
• 1.2.1 镁合金作为骨植入材料的特性及优势12-13
• 1.2.2 镁合金骨植入材料的研究现状及问题13-15
• 1.2.2.1 镁合金骨植入材料的问题13
• 1.2.2.2 镁合金骨植入材料研究现状13-15
• 1.3 合金化的作用15-16
• 1.4 热处理的分类及作用16
• 1.5 课题的提出和研究内容16-18
• 1.5.1 课题的提出16
• 1.5.2 课题的研究内容16-18
• 第二章 Mg-Zn-Zr-Sr合金成分优化18-34
• 2.1 实验材料制备及相关设备18-19
• 2.1.1 实验材料18-19
• 2.1.1.1 镁合金的配置与熔炼18-19
• 2.1.1.2 模拟体液（SBF）的配置19
• 2.2 实验方法19-20
• 2.2.1 显微组织观察19
• 2.2.2 XRD衍射检测19
• 2.2.3 拉伸试验19-20
• 2.2.4 电化学实验20
• 2.2.5 硬度测试20
• 2.3 实验结果与讨论20-33
• 2.3.1 锆元素质量分数的优选20-21
• 2.3.2 铸态A0-A4合金显微组织的分析21-26
• 2.3.3 挤压态A0-A4合金组织与性能分析26-33
• 2.3.3.1 显微组织分析26-28
• 2.3.3.2 力学性能分析28-29
• 2.3.3.3 电化学分析29-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 锶元素对Mg-Zn-Zr合金的影响34-45
• 3.1 实验材料及方法34-35
• 3.1.1 镁合金的熔炼34-35
• 3.1.2 实验方法35
• 3.2 实验结果35-42
• 3.2.1 锶元素对铸态MZZ合金显微组织的影响35-38
• 3.2.2 锶元素对挤压态MZZ合金显微组织影响分析38-40
• 3.2.3 挤压态MZZS合金性能40-42
• 3.2.3.1 力学性能40-41
• 3.2.3.2 电化学行为41-42
• 3.3 锶元素对MZZ合金影响机理42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 热处理对Mg-Zn-Zr-Sr合金组织性能影响45-61
• 4.1 实验材料及方法45-46
• 4.1.1 Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.3Sr合金的制备45
• 4.1.2 实验方法45-46
• 4.1.2.1 热处理方法45-46
• 4.1.2.2 差热分析（DTA）46
• 4.2 MZZS合金相分析46-48
• 4.3 固溶处理工艺的优选48-51
• 4.3.1 差热分析（DTA）48-49
• 4.3.2 金相组织和硬度分析49-51
• 4.4 固溶处理对挤压态Mg-Zn-Zr-Sr合金组织级性能的影响51-55
• 4.4.1 固溶处理后挤压态Mg-Zn-Zr-Sr合金显微组织和成分的变化51-52
• 4.4.2 固溶处理后挤压态MZZS合金组织性能的变化52-55
• 4.4.2.1 电化学分析52-54
• 4.4.2.2 力学性能分析54-55
• 4.5 时效处理对挤压态Mg-Zn-Zr-Sr合金的影响55-60
• 4.5.1 时效处理条件的选取55-56
• 4.5.2 时效处理后挤压态MZZS合金显微组织的变化56-58
• 4.5.3 时效处理后挤压态MZZS合金组织性能的变化58-60
• 4.5.3.1 电化学分析58-59
• 4.5.3.2 力学性能分析59-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 锶元素和锆元素对镁合金体外降解影响的研究61-76
• 5.1 实验材料、设备及方法61-62
• 5.1.1 镁合金的制备61
• 5.1.2 实验方法及设备61
• 5.1.3 体外浸泡实验61-62
• 5.2 实验结果与分析62-75
• 5.2.1 pH值以及Mg~(2+)离子浓度的结果分析62-63
• 5.2.2 三种合金在SBF中的腐蚀产物形貌63-69
• 5.2.3 腐蚀产物成分分析69-73
• 5.2.4 锆元素和锶元素对合金耐蚀性的影响73-75
• 5.3 本章小结75-76
• 第六章 全文结论76-77
• 参考文献77-82
• 发表论文和科研情况说明82-83
• 致谢83-84

【相似文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李祯;新型骨植入Mg-Zn-Zr-Sr合金及其体外耐蚀性的研究[D];天津理工大学;2016年

，

本文编号：846916