微弧氧化对镁合金丝材性能和微观组织的影响研究

摘要

镁合金是一种应用前景广阔的可降解生物医用材料，通过表面处理可以弥补其在生理环境中腐蚀过快的缺点。本文采用微弧氧化技术对AZ31B镁合金丝材进行表面改性处理，研究了氧化时间和电流密度等微弧氧化工艺参数对镁合金丝性能和微观组织的影响，在此基础上，系统研究了微弧氧化时间、磷酸缓冲液中氯离子浓度以及PLLA封孔处理对镁丝降解性能的影响规律。
　　本研究表明，镁合金丝表面微弧氧化膜的组成相以MgO为主，延长氧化时间，陶瓷膜表面裂纹增多，膜层孔隙率先增大后减小，氧化时间为30min(10-30min)时孔隙率最大，而氧化时间对膜层表面孔隙大小没有明显影响;增大电流密度，微弧氧化膜生长速率呈线性上升，表面裂纹增多，孔隙率和平均孔径均先增大再减小，电流密度为8A/dm2（6-108A/dm2）时两者达到最大值，分别为6.4％和2.59μm。延长氧化时间或增大电流密度都会增加膜层厚度，降低抗拉强度。丝材直径对镁合金微弧氧化陶瓷膜的微观组织影响不大，但膜层孔隙率和平均孔径随丝径增大而减小，丝材强度损失率随之降低。微弧氧化处理会导致小丝径的镁合金丝平均晶粒尺寸略有增大。微弧氧化处理能显著提高镁丝在含血液浓度氯离子的磷酸缓冲液中的耐腐蚀性。短时间浸泡（低于10天），微弧氧化时间的影响不大;浸泡10天后，10min氧化处理的镁丝剩余质量百分数最大。浸泡10天，光丝表面腐蚀严重，而10min氧化处理镁丝表面陶瓷层保持完整。浸泡4天后，10min氧化镁丝的剩余抗拉强度最大，光丝的强度损失率最大。不同浓度氯离子的磷酸缓冲液浸泡实验发现，浸泡相同时间，磷酸缓冲液中氯离子含量越大，镁丝裂纹越多，抗拉强度损失率增大。PLLA涂覆处理后，微弧氧化时间对镁丝浸泡过程中的质量和直径损失率影响小。浸泡33天时，20min和30min氧化并经PLLA涂覆处理的两种镁合金丝表层均保持完整，后者剩余抗拉强度最大。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 医用镁合金简介

1．2 医用镁合金的表面改性研究进展

1．2．1 镁合金表面改性技术简介

1．2．2 镁合金的微弧氧化表面改性

1．2．3 镁合金微弧氧化后的复合涂层技术

1．3 镁合金腐蚀降解机理

1．3．1 体外降解

1．3．2 体内降解

1．4 选题目的和研究内容

1．4．1 选题目的

1．4．2 研究内容

第二章 原材料与实验方法

2．1 原材料

2．2 实验设备

2．2．1 微弧氧化设备

2．2．2 其他实验设备

2．3 样品制备

2．3．1 镁合金丝材微弧氧化处理

2．3．2 微弧氧化膜层的封孔处理

2．4 微观组织和性能表征手段

2．4．1 微观组织与结构分析

2．4．2 性能评价

2．3．4 实验技术路线

第三章 微弧氧化对镁合金丝材微观组织和性能的影响

3．1 微弧氧化时间的影响

3．1．1 微观组织结构的演变

3．1．2 力学性能的变化

3．2 电流密度的影响

3．2．1 微观组织结构的演变

3．2．2 力学性能的变化

3．3 丝材直径的影响

3．3．1 微观组织结构特征的演变

3．3．2 力学性能的变化

3．4 本章小结

第四章 表面处理对镁丝降解性能的影响

4．1 微弧氧化处理对镁丝降解性能的影响

4．1．1 降解行为

4．1．2 力学性能的变化

4．2 腐蚀介质中氯离子浓度对镁丝降解性能的影响

4．2．1 降解行为

4．2．2 力学性能的变化

4．3 聚乳酸涂覆对微弧氧化丝材降解性能的影响

4．3．1 降解行为

4．3．2 力学性能的变化

4．4 本章小结

第五章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的学术成果