可降解Mg-Zn-Y-Nd合金的应力腐蚀与腐蚀疲劳性能研究

发布时间：2020-11-18 17:18

　　 可降解镁合金血管支架植入人体后,在血管壁周期性收缩压和舒张压的脉动载荷作用下以及37℃体温的长期影响下,会出现力学性能下降、疲劳失效等,造成支架变形、塌陷、移位甚至断裂;此外支架在发挥支撑作用的同时伴随着血液中离子的腐蚀,在应力和腐蚀介质共同作用下,其腐蚀降解行为复杂,力学性能更是严重衰减。因此,研究合金及支架的应力腐蚀与腐蚀疲劳行为是十分必要的,将为可降解镁合金支架的结构设计及临床应用提供理论依据。本文采用慢应变速率拉伸试验和腐蚀疲劳试验,研究了Mg-Zn-Y-Nd合金在动态循环模拟体液环境中的应力腐蚀与腐蚀疲劳性能。为研究材料在溶液中的腐蚀行为对腐蚀疲劳试验的影响,自主设计包含动态析氢与失重在内的动态腐蚀装置,使用往复挤压工艺制备晶粒细小均匀、第二相也分布均匀的往复挤压态合金,并对其进行动静态腐蚀实验及特定应力下的腐蚀疲劳试验。在Mg-Zn-Y-Nd合金慢应变速率拉伸的试验过程中,以10~(-6)s~(-1)的应变速率为主研究Mg-Zn-Y-Nd合金的应力腐蚀敏感性。并结合应变速率为10~(-5)s~(-1)和10~(-7) s~(-1)的试验结果及应力腐蚀断口形貌,得到该合金具有较高的应力腐蚀敏感性,且应力腐蚀开裂属于阳极溶解与氢致开裂共同作用。在腐蚀疲劳试验中,选择合适的试验参数,构建动态循环腐蚀疲劳环境,获得合金的疲劳与腐蚀疲劳S-N寿命曲线。试验结果显示Mg-Zn-Y-Nd合金在空气中的疲劳极限为65MPa,而在SBF溶液中不存在疲劳极限。而断口形貌分析发现,在空气中的疲劳初始裂纹源数目一般表现为单个,且大部分由缺陷和滑移形成初始裂纹源;但是在SBF溶液中的腐蚀疲劳试样往往存在多个裂纹源,并且其裂纹源是由应力腐蚀或镁合金的氢脆导致的。在动静态腐蚀实验中,对比了往复挤压态与挤压态合金在静态腐蚀与动态腐蚀实验中的腐蚀速率与腐蚀形貌差异,分析了两种合金的腐蚀过程。结果显示动静态环境对材料的腐蚀行为具有较大的影响。在静态腐蚀环境中,往复挤压态合金较挤压态合金腐蚀速率低,腐蚀形貌也较之均匀,属于均匀降解。在动态腐蚀环境中,往复挤压态合金的腐蚀形貌仍比较均匀,但其拥有较高的腐蚀腐蚀速率;而挤压态合金在动态环境中腐蚀速率下降,腐蚀形貌也有了较大改善。两种腐蚀行为不同的挤压态合金特定应力下的腐蚀疲劳试验结果显示,拥有较高腐蚀速率的往复挤压态合金的腐蚀疲劳寿命反而略长,但裂纹源的形成发生变化,微小的点蚀坑成为其初始疲劳裂纹源。即材料的腐蚀速率对材料的腐蚀疲劳寿命几乎不产生影响,而腐蚀方式则影响材料腐蚀裂纹源的形成方式。总之,材料的腐蚀、应力腐蚀与腐蚀疲劳性能关系到镁合金血管支架的临床安全性。通过对这些性能的了解,有助于预防和改进镁合金血管支架的性能。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG146.22;R318.08;TG174.4
【部分图文】：

荷控制精度为满量程的±０．００５％，位移控制精度为全行程的±０．５％。采用ＭＴＳ设??备配备的生物液体环境箱及液体循环体系进行应力腐蚀试验，环境箱与夹头如??图２．２所示。为避免试样与夹头接触处的电化学反应，使用进口胶将夹头与试样??图２．１?ＭＴＳ液压模拟生物测试系统??ＨＪＷＩＩ！：??｜｜??图２．２应力腐蚀试验的环境箱与夹头??隔绝。实验温度维持在３７±２°Ｃ，循环液体为１８Ｌ模拟体液，每２４ｈ更换一次液??体。在实验过程中，以恒定的速率拉伸，村料的慢应变速率与横梁移动速率之间??存在如下换算关系：??ｖ?＝?Ｌ〇?Ｘ?￡?（２．１）??１５??

荷控制精度为满量程的±０．００５％，位移控制精度为全行程的±０．５％。采用ＭＴＳ设??备配备的生物液体环境箱及液体循环体系进行应力腐蚀试验，环境箱与夹头如??图２．２所示。为避免试样与夹头接触处的电化学反应，使用进口胶将夹头与试样??图２．１?ＭＴＳ液压模拟生物测试系统??ＨＪＷＩＩ！：??｜｜??图２．２应力腐蚀试验的环境箱与夹头??隔绝。实验温度维持在３７±２°Ｃ，循环液体为１８Ｌ模拟体液，每２４ｈ更换一次液??体。在实验过程中，以恒定的速率拉伸，村料的慢应变速率与横梁移动速率之间??存在如下换算关系：??ｖ?＝?Ｌ〇?Ｘ?￡?（２．１）??１５??

反复的摩擦通常较为光亮。裂纹扩展区是疲劳断口的重要特征区，通常具有明显??的疲劳辉纹。最后断裂区是试样有效尺寸减少到一定值时，局部应力过大导致断??裂形成的，一般沿轴向力４５°方向。试验采用图２．４所示的实验装置，试样断裂??后，立即将试样从溶液中取出，避免溶液对断口的再次腐蚀。去腐蚀产物，酒精??１８??
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本文编号：2888977