脉冲磁场对生物医用镁及镁合金凝固组织、力学性能及腐蚀行为的影响

摘要

由于具有与人体骨头接近的密度和弹性模量、高比强度和比刚度以及良好的生物相容性等优点，镁及其合金作为潜在的可降解生物医用材料受到了人们的特别关注。然而，镁及其合金在复杂人体生理环境中腐蚀降解速率过快，容易使材料在机体未痊愈之前己经发生严重腐蚀，极大降低材料的力学性能和稳定性，甚至导致材料失效，这已经成为制约生物医用镁及镁合金材料临床应用的瓶颈。在金属凝固过程中施加脉冲磁场处理由于具有无污染、设备简单、操作方便以及细化效果显著等优点，受到了人们的高度重视。为了改善生物医用镁及镁合金材料的耐蚀性能和力学性能，本文以纯镁、Mg-7Zn合金和 Mg-0.6Cu合金为研究对象，主要研究了脉冲磁场对三种材料的凝固组织、力学性能及腐蚀行为的影响规律，并分别探讨了其作用机理。研究结果表明：
　　1）脉冲磁场处理可有效改善纯镁的凝固组织。随着放电电压的增加，纯镁宏观组织中等轴晶区的面积总体上呈逐渐增大的趋势，等轴晶晶粒尺寸逐渐减小；纯镁的抗拉强度和伸长率均随着放电电压的增加而逐渐提高。当放电电压为300 V时，纯镁的综合力学性能最好；腐蚀浸泡实验和电化学实验结果均表明脉冲磁场处理能够改善纯镁在37℃的SBF溶液中的耐腐蚀性能。随着放电电压的增加，纯镁试样的析氢速率、腐蚀速率和自腐蚀电流密度均逐渐降低，同时其自腐蚀电位也逐渐向正向移动。
　　2）脉冲磁场处理能够细化Mg-7Zn合金中的初生α-Mg相，改变MgZn相的形貌和数量。随着放电电压的增加，初生α-Mg相的晶粒尺寸逐渐减小，MgZn相的形貌由不连续的网状逐渐转变为孤岛状和颗粒状共存，其数量也逐渐减少。当放电电压为300 V时，MgZn相的平均面积比相比未处理合金下降了61％。脉冲磁场处理能够提高Mg-7Zn合金的力学性能。随着放电电压的增加，合金的抗拉强度和伸长率均逐渐提高。当放电电压为300 V时，合金的抗拉强度和伸长率较未处理试样分别提高了29%和24.2%。腐蚀浸泡实验和电化学实验结果均表明脉冲磁场处理能够改善Mg-7Zn合金在37℃的SBF溶液中的耐腐蚀性能。随着放电电压的增加，试样的析氢速率、腐蚀速率和自腐蚀电流密度均逐渐降低。
　　3）脉冲磁场处理能够改善 Mg-0.6Cu合金的凝固组织。随着放电电压的增加，合金的晶粒尺寸逐渐减小，Mg2Cu相的形貌由不连续网状逐渐转变为孤岛状和颗粒状共存，其数量也逐渐减少。当放电电压增加到300 V时，Mg2Cu相的平均面积比较未处理试样降低了58%。脉冲磁场处理可以显著提高Mg-0.6Cu合金的力学性能，随着放电电压的增加，合金的抗拉强度和伸长率均逐渐增加。当放电电压为300 V时，合金的抗拉强度和伸长率较未处理试样分别提高了32%和40%。腐蚀浸泡实验和电化学实验结果均表明脉冲磁场处理能够改善Mg-0.6Cu合金在37℃的SBF溶液中的耐腐蚀性能。随着放电电压的增加，试样的析氢速率、腐蚀速率和自腐蚀电流密度均逐渐降低，同时其自腐蚀电位也逐渐向正向移动。

目录

第一章 绪论

1.1 生物医用镁及镁合金材料

1.2 镁合金的腐蚀行为

1.3 脉冲磁场对镁合金凝固过程的影响

1.4 本文研究的目的和内容

第二章 实验过程与研究方法

2.1合金的成分

2.2实验装置与设备

2.3实验的技术路线流程

2.4合金的制备

2.5 合金组织分析

2.6 合金的性能测试

第三章 脉冲磁场对纯镁凝固组织、力学性能及腐蚀行为的影响

3.1脉冲磁场对纯镁凝固组织的影响

3.2脉冲磁场对纯镁力学性能的影响

3.3 脉冲磁场对纯镁腐蚀行为的影响

3.4 分析与讨论

本章小结

第4章 脉冲磁场对Mg-7Zn合金凝固组织、力学性能及腐蚀行为的影响

4.1 脉冲磁场对Mg-7Zn合金凝固组织的影响

4.2 脉冲磁场对Mg-7Zn合金力学性能的影响

4.3 脉冲磁场对Mg-7Zn合金腐蚀行为的影响

本章小结

第五章 脉冲磁场对Mg-0.6Cu合金凝固组织、力学性能及腐蚀行为的影响

5.1 脉冲磁场对Mg-0.6Cu合金凝固组织的影响

5.2 脉冲磁场对Mg-0.6Cu合金力学性能的影响

5.2 脉冲磁场对Mg-0.6Cu合金腐蚀行为的影响

本章小结

第6章 结论

参考文献

读硕士期间发表论文的科研情况

致谢