Gd和Ca对生物医用Mg-6Zn合金组织与性能的影响

发布时间：2017-05-19 04:14

  本文关键词：Gd和Ca对生物医用Mg-6Zn合金组织与性能的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：镁合金由于具有良好的生物适用性、可生物降解性和优良的力学性能,被认为是下一代理想的生物医用植入材料之一,受到了越来越多科研工作者的关注,并对其进行了大量的实验研究。但是直到目前为止,镁合金还没有在临床上实际应用,主要是一些关键的问题还未解决,如力学性能过低、腐蚀降解速率过快、一些合金元素的生物相容性不明朗等。针对上述问题,本课题拟开发一种具有高塑／中强和较好耐腐蚀性能的新型Mg-Zn系合金,为可降解镁合金血管支架的开发提供材料基础。实验以Mg-6Zn合金为研究对象,通过合金的成分设计、材料制备与挤压变形等实验手段,运用等离子体原子发射光谱仪(ICP)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X寸线衍射(XRD)、电子拉伸试验和电化学工作站等检测手段,系统地研究了添加Gd和Ca对铸态与挤压态Mg-6Zn合金组织与力学性能的影响以及挤压态合金在模拟体液(Hanks溶液)中的耐蚀性能。得到以下主要结论： 在Mg-6Zn合金中分别单独加入0～3.41wt%Gd和0～1.35wt%Ca后,随着Gd、Ca含量的增加,铸态组织逐渐细化,生成的高热稳定性Mg-Zn-Gd、Mg6Zn3Ca2新相逐渐增多,而低热稳定性MgZn2相逐渐减少直至完全消失,第二相趋于连续网状分布于晶界处。铸态综合拉伸力学性能整体上先提高后降低,Mg-6Zn-0.66Gd和Mg-6Zn-0.085Ca合金的拉伸力学性能达到最佳,Mg-6Zn-0.66Gd合金的抗拉强度σb为215MPa,屈服强度σ0.2为78MPa,延伸率δ为13%；Mg-6Zn-0.085Ca合金的σb、σ0.2和δ别为230MPa、84MPa和14%。 经挤压后,合金发生明显的动态再结晶现象,组织得到明显细化,第二相粒子发生破碎且在挤压方向上趋于带状分布,抑制再结晶晶粒的长大,因此挤压态平均晶粒尺寸从Mg-6Zn合金的15μm分别逐渐减至Mg-6Zn-3.41Gd合金的2μm和Mg-6Zn-0.47Ca合金的10μm。挤压态综合拉伸力学性能明显提高,σb和σ0.2分别从Mg-6Zn合金的295MPa和193MPa逐渐提高至Mg-6Zn-3.41Gd合金的350MPa和325MPa,而δ先降低后提高,且均不低于10%,尤其以Mg-6Zn-0.66Gd合金的塑性最好,为16.5%。而在Mg-6Zn-xCa中又以Mg-6Zn-0.085Ca合金综合力学性能最佳,σb、σ0.2和δ分别为290MPa.183MPa口19%。可见,上述开发的Mg-6Zn-xGd和Mg-6Zn-xCa合金均呈现出中强和高塑的特点。 对于挤压态Mg-6Zn-xGd合金,Mg-6Zn合金的腐蚀速率较慢,但其腐蚀方式为典型的局部腐蚀；添加少量Gd元素(0.66%)后,合金的腐蚀速率稍微增大,但腐蚀变得更均匀,腐蚀朝着均匀腐蚀的方式发展；当添加较多量Gd(1.66%和3.41%)时,合金的耐蚀性能急剧恶化。对于挤压态Mg-6Zn-xCa合金,随着Ca元素含量的增加,合金的腐蚀速率增大,腐蚀电流变大,腐蚀电位逐渐降低,合金的耐蚀性能变差。
【关键词】：生物医用镁合金 合金化 组织 力学性能 耐蚀性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 镁及其镁合金概述10
• 1.2 镁合金的分类及Mg-Zn系合金的研究现状10-13
• 1.3 生物医用材料的研究现状13-20
• 1.3.1 心血管支架及其材料的使用现状及存在的问题13-15
• 1.3.2 生物医用镁合金材料的研究现状15-20
• 1.3.2.1 生物医用镁合金的组织与力学性能15-17
• 1.3.2.2 生物医用镁合金的腐蚀性能17-18
• 1.3.2.3 生物医用镁合金的生物相容性18-20
• 1.4 镁合金强化机理和腐蚀机理的研究现状20-22
• 1.5 本课题的研究意义和内容22-24
• 2 实验方法24-29
• 2.1 实验过程24-25
• 2.2 组织观察与性能测试25-29
• 2.2.1 组织观察和物相分析25
• 2.2.2 拉伸力学性能测试25-26
• 2.2.3 腐蚀性能测试26-29
• 2.2.3.1 浸泡实验26-27
• 2.2.3.2 电化学腐蚀实验27-29
• 3 Gd和Ca对Mg-6Zn合金铸态组织与力学性能的影响29-46
• 3.1 Gd和Ca对铸态Mg-6Zn合金组织的影响29-39
• 3.2 Gd和Ca对铸态Mg-6Zn合金力学性能的影响39-42
• 3.3 分析与讨论42-45
• 3.3.1 相分析42-44
• 3.3.2 铸态组织细化分析44
• 3.3.3 铸态力学性能分析44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 Gd和Ca对挤压态Mg-6Zn合金组织与力学性能的影响46-55
• 4.1 Gd和Ca对挤压态Mg-6Zn合金组织的影响46-49
• 4.2 Gd和Ca对挤压态Mg-6Zn力学性能的影响49-51
• 4.3 讨论与分析51-53
• 4.3.1 挤压态组织细化分析51-52
• 4.3.2 挤压态力学性能分析52-53
• 4.4 本章小结53-55
• 5 挤压态Mg-6Zn-xGd和Mg-6Zn-xCa合金在模拟体液中的腐蚀研究55-67
• 5.1 挤压态Mg-6Zn-xGd合金的腐蚀性能55-59
• 5.1.1 挤压态Mg-6Zn-xGd合金的腐蚀速率分析55-56
• 5.1.2 挤压态Mg-6Zn-xGd合金的腐蚀形貌分析56-58
• 5.1.3 挤压态Mg-6Zn-xGd合金的电化学测量分析58-59
• 5.2 挤压态Mg-6Zn-xCa合金的腐蚀性能59-62
• 5.2.1 挤压态Mg-6Zn-xCa合金的腐蚀速率分析59-60
• 5.2.2 挤压态Mg-6Zn-xCa合金的腐蚀形貌分析60-61
• 5.2.3 挤压态Mg-6Zn-xCa合金的电化学测量分析61-62
• 5.3 合金在Hanks模拟体液中的腐蚀机理62-66
• 5.4 本章小结66-67
• 6 结论67-69
• 参考文献69-75
• 攻读硕士学位期间的学术成果目录75-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 袁青领;阎钧;郑起;;可降解镁合金材料的研究新进展[J];材料导报;2010年05期

2 姜海英;艾红军;;生物可降解镁合金植入材料的医用特征[J];中国组织工程研究与临床康复;2011年34期

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本文编号：377753