ZM61Ca0.5微观组织与仿生耐蚀性能关系的研究

发布时间：2017-05-20 12:08

  本文关键词：ZM61Ca0.5微观组织与仿生耐蚀性能关系的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在过去的40年中，生物材料在为人类治疗疾病与减轻痛苦方面作出了巨大贡献，目前应用较为成熟的生物材料有不锈钢、钴基合金、钛合金。医用材料已在八千多种医用器械中得到应用，但是没有一种材料能够完全地满足其临床应用所要求的所有性能，因此进一步设计并开发新型生物医用材料大有必要。 近年来，研究者发现镁合金作为医用金属材料具有独特的优势，例如良好的力学相容性、生物相容性以及可降解性，可有效地解决目前生物材料应用中所面临的“遮挡效益”、“毒副作用”以及“二次手术”等难题，因此镁合金有望成为具备完美性能的新一代生物医用材料。但是镁合金的缺点是其可降解性的可控性较差，因此，提高镁合金耐蚀性能成为急需解决的问题。本课题通过热挤压和热处理来调整ZM61Ca0.5镁合金的微观组织，以改善其在仿生溶液中耐蚀性能，同时获得较好的综合力学性能。本文的主要研究结果有: ①热挤压可以很大程度上地改善ZM61Ca0.5镁合金的组织结构。随着挤压比的增大，合金组织得到不断的细化，当挤压比为10时，动态再结晶充分进行，合金晶粒得到很大程度上细化（平均晶粒尺寸为6um)，原始粗大、条状第二相被压碎后，呈细小、球状态分布。当挤压比为16时，晶粒发生略微的长大，同时第二相也有一定程度上地聚集。 ②通过热挤压之后，ZM61Ca0.5镁合金在仿生溶液中的耐蚀性能得到改善。随着挤压比的增大，合金耐蚀性能呈先下降再上升再下降的趋势。本实验条件下，挤压比为10时，合金耐蚀性能最优。 ③热处理之后，ZM61Ca0.5镁合金在仿生溶液中的耐蚀性能得到进一步的改善。本实验条件下，，经过330℃×8h＋380℃×16h的分级退火之后，合金的耐蚀性能最优。 ④在经过热挤压及其后续热处理之后，ZM61Ca0.5镁合金综合力学性能得到改善。热挤压很大程度上的提高了铸态合金的强度、显微硬度以及延展性。当挤压比达到10之后，合金显微硬度为81.5HV，抗拉强度约为280MPa，屈服强度约为170MPa，伸长率为13.5％；后续热处理进一步改善了合金力学性能，经过固溶加时效之后，抗拉强度近300MPa，屈服强度为225MPa，伸长率为10.1％. ⑤选取铸态、挤压态、退火态以及固溶加时效态ZM61Ca0.5镁合金进行MTT毒性测试，实验结果表明，上述合金对小鼠成纤维细胞（L-929）无毒性，具有良好的生物安全性。
【关键词】：ZM61 腐蚀速率 挤压变形 热处理 生物材料
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.08;TG146.22
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 生物医用材料9-11
• 1.2 生物医用金属材料11-13
• 1.2.1 不锈钢11-12
• 1.2.2 钴基合金12
• 1.2.3 钛及钛合金12-13
• 1.2.4 其他医用金属材料13
• 1.3 镁基生物合金13-15
• 1.4 镁合金的腐蚀与防护15-17
• 1.5 镁合金的挤压17-18
• 1.5.1 主要的加工成型方法17
• 1.5.2 挤压对组织与性能的影响17-18
• 1.6 变形镁合金的热处理18-19
• 1.6.1 退火18-19
• 1.6.2 固溶处理19
• 1.6.3 时效处理19
• 1.7 课题研究意义、内容及目的19-22
• 1.7.1 课题研究意义19-20
• 1.7.2 课题内容及目的20-22
• 2 实验材料、设备及方法22-30
• 2.1 实验材料及设备22-24
• 2.1.1 实验材料22-23
• 2.1.2 实验设备23-24
• 2.2 技术路线24
• 2.3 实验方法24-30
• 2.3.1 材料的准备24-25
• 2.3.2 金相的观察25
• 2.3.3 X 射线衍射（XRD)物相分析25
• 2.3.4 SEM 结合 EDS 观察25-26
• 2.3.5 热分析26
• 2.3.6 热处理26
• 2.3.7 显微硬度测试26
• 2.3.8 拉伸试验26-27
• 2.3.9 体外腐蚀试验27-28
• 2.3.10 MTT 法细胞毒性测试28-30
• 3 不同挤压态 ZM61Ca0.5 镁合金组织与性能30-41
• 3.1 合金的成分与挤压工艺30
• 3.1.1 合金的成分30
• 3.1.2 合金的挤压工艺30
• 3.2 合金的组织与物相组成30-35
• 3.2.1 金相显微组织30-32
• 3.2.2 合金二次电子形貌（SEM)观察32-34
• 3.2.3 物相组成34-35
• 3.3 合金的体外生物腐蚀35-41
• 3.3.1 浸泡实验35-36
• 3.3.2 电化学极化36
• 3.3.3 析氢实验36-37
• 3.3.4 腐蚀后合金的宏观形貌37-38
• 3.3.5 合金腐蚀表面 SEM 形貌38-41
• 4 不同热处理态 ZM61Ca0.5 镁合金组织与性能41-53
• 4.1 热处理工艺41-42
• 4.2 合金热处理之后的微观组织42
• 4.3 合金 SEM 形貌及 EDS 分析42-43
• 4.4 合金热处理之后合金的耐腐蚀性能43-48
• 4.4.1 浸泡实验43-45
• 4.4.2 电化学极化45
• 4.4.3 析氢实验45-46
• 4.4.4 腐蚀后合金的宏观形貌46-47
• 4.4.5 试样浸泡后的 SEM 形貌47-48
• 4.5 不同状态合金力学性能与断口形貌48-51
• 4.6 合金的细胞毒性51-53
• 5 分析讨论53-59
• 5.1 挤压与热处理对合金微观组织的影响53-54
• 5.2 挤压与热处理对合金生物腐蚀性能的影响54-57
• 5.3 挤压及热处理对合金力学性能的影响57-59
• 6 结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-66
• 附录66
• A 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录66
• B 作者在攻读学位期间参加的科研项目66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王维青;潘复生;左汝林;;镁合金腐蚀及防护研究新进展[J];兵器材料科学与工程;2006年02期

2 王敬丰;覃彬;吴夏;潘复生;汤爱涛;;镁合金防腐蚀技术的研究现状及未来发展方向[J];表面技术;2008年05期

3 陈先华;刘娟;张志华;潘复生;;镁合金热处理的研究现状及发展趋势[J];材料导报;2011年23期

4 郑岳华，侯小妹，杨兆雄;多孔羟基磷灰石生物陶瓷的进展[J];硅酸盐通报;1995年03期

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本文编号：381564