含Ca、Nd可降解镁合金显微组织、力学性能、膜层形成机制和降解机理研究

发布时间：2023-04-12 02:35

　　镁合金不仅具有良好的力学性能和生物相容性,而且其弹性模量与人骨相近似,能够显著降低应力遮蔽效应从而促进新骨生成。但是在Cl-环境中的腐蚀行为易导致镁合金结构过早失效,并造成人体局部组织严重受损。因此,如何提高镁合金在生理环境中服役性能和探究降解机理显得尤为重要。本文选取人体营养元素Ca、生物相容性良好的元素Nd对Mg-2Zn-0.2Mn合金进行成分优化和性能调控,通过SEM、TEM、EPMA、AFM、XRD等手段分析合金在铸态时的相特征、膜层形成机制和腐蚀行为。同时,研究了不同Ca、Nd含量的Mg-2Zn-0.2Mn-xCa和Mg-2Zn-0.2Mn-xNd合金经均质化处理后其组织特征对力学性能和腐蚀行为影响规律,并展开了细胞毒性评估。其次,对Mg-2Zn-0.2Mn-1.10Ca和Mg-2Zn-0.2Mn-1.88Nd合金进行不同温度热处理实施组织调控,分析晶粒尺寸和第二相含量耦合效应对合金力学性能和降解性能影响规律。最后,探究了多道次热轧对Mg-2Zn-0.2Mn-xNd合金显微组织演变、沿基体方向上的膜层特性、Cl-促进膜层破坏机制、三维降解形貌和异常阳极相活化溶解等行为。具体结...

【文章页数】：162 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 生物医用材料分类和概述
        1.2.1 医用高分子材料概述
        1.2.2 传统医用金属材料概述
        1.2.3 新型可降解合金材料特点
    1.3 医用可降解镁合金研究现状
        1.3.1 可降解镁合金应用前景
        1.3.2 骨固定可降解镁合金材料
        1.3.3 骨修复可降解镁合金材料
        1.3.4 支架用可降解镁合金材料
    1.4 可降解镁合金优势与局限性
        1.4.1 可降解镁合金优势
        1.4.2 可降解镁合金当前局限性
    1.5 可降解镁合金降解机理和耐蚀性提高具体措施
        1.5.1 镁合金腐蚀机理
        1.5.2 高纯合金制备
        1.5.3 合金化方式
        1.5.4 快速凝固技术
        1.5.5 塑性加工方式
        1.5.6 表面改性技术
2 选题研究内容、方案及创新性
    2.1 研究目的和意义
    2.2 研究内容
    2.3 技术路线
    2.4 研究创新点
3 元素Ca对Mg-2Zn-0.2Mn-xCa合金的相特征、力学性能和电化学腐蚀行为研究
    3.1 引言
    3.2 实验材料及方法
        3.2.1 实验材料制备
        3.2.2 研究方法
    3.3 结果分析
        3.3.1 OM/SEM显微组织观察
        3.3.2 EPMA元素分布与相特征
        3.3.3 力学性能
        3.3.4 恒温动电位极化测试
        3.3.5 恒温静态浸泡评估
    3.4 机理分析
    3.5 本章小结
4 稀土元素Nd对Mg-2Zn-0.2Mn-xNd合金组织演变、力学性能、膜层形成机制和降解机理影响规律
    4.1 引言
    4.2 实验材料及方法
    4.3 结果分析
        4.3.1 Nd对合金微观组织演变规律和微区分析
        4.3.2 Nd添加对力学性能影响规律
        4.3.3 动电位极化曲线和电化学阻抗谱分析
        4.3.4 静态降解评估及降解形貌观察
        4.3.5 降解轮廓与成因分析
    4.4 腐蚀机制
        4.4.1 膜层特征对腐蚀性能影响规律
        4.4.2 含Nd第二相对腐蚀影响作用
    4.5 本章小结
5 均质化处理对Mg-2Zn-0.2Mn-xCa/yNd合金微区特性、力学性能、细胞毒性测试和降解行为影响规律研究
    5.1 引言
    5.2 实验材料及方法
        5.2.1 实验材料制备
        5.2.2 浸提液制备与细胞毒性评估
    5.3 结果分析
        5.3.1 合金DSC差热分析和热处理制度确定
        5.3.2 均匀化过程中扩散动力学模型
        5.3.3 显微组织特征及微区分析
        5.3.4 相特征
        5.3.5 力学性能
        5.3.6 电化学极化曲线和阻抗谱分析
        5.3.7 静态浸泡评估
        5.3.8 3D降解形貌及成因
        5.3.9 生物相容性测试
        5.3.10 均匀化对腐蚀影响机制
    5.4 本章小结
6 第二相含量与晶粒尺寸耦合性对Mg-2Zn-0.2Mn-xCa/yNd合金力学性能和降解行为影响规律研究
    6.1 引言
    6.2 实验材料及方法
    6.3 结果分析
        6.3.1 组织及相特征演变
        6.3.2 力学性能
        6.3.3 电化学极化测试
        6.3.4 静态浸泡评估
    6.4 结果分析
    6.5 本章小结
7 热轧对Mg-2Zn-0.2Mn-xNd合金的局部腐蚀、特殊阳极相溶解和膜层破坏机制影响规律
    7.1 引言
    7.2 实验材料及方法
    7.3 结果分析
        7.3.1 显微组织
        7.3.2 力学性能
        7.3.3 开路电位
        7.3.4 动电位极化测试
        7.3.5 恒温浸泡和表面膜层特征
        7.3.6 腐蚀产物组分析
        7.3.7 局部3D腐蚀轮廓
    7.4 讨论分析
        7.4.1 细晶结构对合金腐蚀行为影响规律
        7.4.2 特殊阳极分布对腐蚀影响规律
    7.5 本章小结
8 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集



本文编号：3790252