医用镁合金激光表面微造型的生物腐蚀及摩擦性能研究

摘要

镁合金的力学性能接近于天然骨，较其他生物医用金属材料的生物性能和降解性能好，被广泛应用于医用器械行业。但镁合金的降解速度过快、耐腐蚀性能和耐磨性能差，使其应用受限，因此需要通过表面改性等方法改变其性质。激光表面微造型技术作为新兴的表面改性技术在改善加工可达性、提高加工效率等方面有其特殊的优势。然而，目前采用激光工艺在医用镁合金表面制造微造型，从而改善其耐腐蚀性和摩擦学性能的研究仍缺乏系统性，特别是对在激光热、力不同效应下镁合金表面形貌的差异性、电化学腐蚀行为及摩擦学行为等特性的研究尚不成熟。本课题对AZ31B镁合金经不同激光效应微造型后的表面完整性、耐腐蚀性和抗摩擦性等作了若干基础研究，主要工作如下:
　　(1)基于生理环境中镁合金的腐蚀机理和摩擦学基本理论，从宏微观角度分析了激光冲击微造型和激光热效应微造型对AZ31B镁合金材料微观组织及表面质量等的影响机理，讨论了激光力效应和热效应微造型对材料在生理环境中的腐蚀和摩擦磨损性能的影响机制。
　　(2)开展AZ31B镁合金激光冲击微造型和激光热效应微造型工艺实验，分别测试试样在不同激光微造型工艺下的表面完整性和纳米硬度，通过多组参数比较并结合形貌识别技术，最终确定优选工艺参数，为后续实验提供良好试样保障。
　　(3)利用CS2350双单元电化学工作站，分别对激光冲击微造型和激光热效应微造型AZ31B镁合金进行电化学腐蚀实验，通过对比自腐蚀电位和自腐蚀电流的变化，研究不同激光能量和不同微造型密度下两种激光微造型AZ31B镁合金试样在SBF模拟体液中的腐蚀性能，并对比分析不同激光微造型工艺下试样腐蚀性能机理差异性。
　　(4)利用UMT-2摩擦磨损实验机，分别对激光冲击微造型和激光热效应微造型AZ31B镁合金开展摩擦磨损实验，研究不同激光效应下微造型试样在SBF模拟体液和3.5％NaCl溶液中的摩擦磨损性能，通过对比分析试样在不同溶液中的摩擦系数、磨痕形貌和磨损体积等参数，探索不同激光参数和不同溶液下激光微造型AZ31B镁合金试样的耐磨损性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物医用材料的应用现状

1．1．1 生物医用材料的定义和发展

1．1．2 生物医用材料的性能要求

1．1．3 生物医用材料的分类和应用

1．1．4 生物医用镁合金的特性和应用现状

1．2 生物医用镁合金的改性技术

1．2．1 新型生物医用镁合金的开发

1．2．2 表面改性处理

1．3 激光微造型的应用现状及存在问题

1．4 课题研究的目的和内容

1．4．1 课题研究的目的和意义

1．4．2 课题研究的主要内容

第二章 不同激光效应微造型抗磨抗蚀理论分析

2．1 生物医用镁合金的腐蚀机理

2．1．1 镁合金在生理环境中的腐蚀机理

2．1．2 镁合金腐蚀的特殊现象

2．2 生理环境中的摩擦磨损原理

2．3 激光力效应微造型原理及强化机制

2．3．1激光冲击微造型原理

2．3．2 激光冲击微造型强化机理

2．4 激光热效应微造型原理及强化机制

2．4．1 激光热效应微造型原理

2．4．2 激光热效应微造型强化机理

2．5 本章小结

第三章 AZ31B镁合金激光微造型电化学腐蚀行为实验研究

3．1 激光微造型实验研究

3．1．1 实验材料和设备

3．1．2 激光微造型实验方案

3．2 激光工艺参数对微造型尺寸形貌的影响

3．2．1 激光冲击工艺参数对微造型形貌的影响

3．2．2 激光热效应工艺参数对微造型形貌的影响

3．3 电化学腐蚀测试

3．3．1 试样的制备与测试仪器

3．3．2 激光冲击微造型对电化学腐蚀性为的影响

3．3．3 激光热效应微造型对电化学腐蚀性为的影响

3．4 本章小结

第四章 AZ31B镁合金激光微造型摩擦性能实验研究

4．1 试样制备与实验设备

4．1．1 试样制备

4．1．2 实验设备

4．2 摩擦实验参数及评定方法

4．2．1 摩擦实验参数

4．2．2 材料耐磨性的评定方法

4．3 残余应力与纳米硬度测试

4．3．1 残余应力测试

4．3．2 纳米硬度测试

4．4 摩擦实验结果及分析

4．4．1 激光冲击微造型试样摩擦实验结果及分析

4．4．2 激光热效应微造型试样摩擦实验结果及分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及其他科研成果