心血管支架用可降解Mg-Y-Zn-Zr合金组织及性能研究

摘要

冠心病是危害人类健康的重大疾病之一，在动脉血管中植入支架是治疗冠心病的常用方法。镁合金具有良好的生物相容性和自发降解性，使其成为血管支架的理想材料。但是镁合金也存在着强度较低、耐腐蚀性能较差等缺点，制约了其在临床上的应用。本文旨在开发性能优异的新型可降解镁合金血管支架材料。
　　本实验选用生物安全性良好的Zn、Y、Zr元素作为合金化元素，通过常规铸造法制备了 Mg-xY-3Zn-0.4Zr（ x=0,1,2,3,4 wt.%）合金和Mg-2Y-yZn-0.4Zr（y=0,1,2,4,5 wt.%）合金，并对优选出的最佳成分合金进行热处理。采用OM、SEM&EDS、XRD、失重法、析氢法、电化学测试和室温拉伸等方法，对比研究了Y、Zn元素及热处理工艺对合金显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。实验结果表明：
　　添加 Y元素能够显著细化合金晶粒。Mg-3Zn-0.4Zr合金主要由α-Mg和小颗粒状 Mg0.97Zn0.03相组成；当 Y含量为1 wt.%时合金中出现长条状Mg3YZn6相（I相）；当Y含量为2 wt.%时合金中出现鱼骨状Mg3Y2Zn3相（W相）。少量Y的加入，促进I相的形成，I相与Mg基体电位差较小，形成的微电池数量减少。此外，Y元素与合金中的Fe、Mn等杂质元素形成金属间化合物，提纯熔液，改善合金的耐腐蚀性能。过量Y的加入形成硬脆的W相呈网状分布在晶界上，W相与镁基体结合键较弱，易产生微裂纹。且第二相数量较多时，合金产生严重的偏析现象，降低合金的力学性能。Mg-2Y-3Zn-0.4Zr合金表现出最佳的综合性能。
　　与Y元素相比，添加Zn元素对合金的晶粒细化作用有限。Mg-2Y-0.4Zr合金主要由α-Mg基体和Mg24Y5相组成；Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金由α-Mg基体和I相组成；继续增加Zn含量，合金中出现W相。微量的Zn元素能提高基体腐蚀电位，提高合金耐腐蚀性能。Zn溶入Mg基体中，产生固溶强化。过量的Zn产生大量的第二相，增加了合金电偶腐蚀的倾向。硬脆的W相聚集甚至割裂基体，降低合金力学性能。因此，随着Zn含量的增加，合金的耐腐蚀性能和力学性能均呈现出先增加后降低的趋势。Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金表现出最佳的综合性能。
　　在热处理过程中，Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金的晶粒发生了一定程度的长大现象；热处理未改变合金的相组成（α-Mg基体和I相），长条状I相转变为颗粒状，均匀分布在基体上。T4-10态合金中大部分I相溶解，减少了合金中的微电池数量，耐腐蚀性能增强。T4-30态合金由于保温时间太长，晶粒严重粗化，总晶界面积减小，晶界对位错的阻碍作用减弱，且晶界上难熔的杂质密度增大，性能降低。时效处理后，基体上析出细小弥散分布的I相，起到弥散强化的作用。此外，析出相均匀分布在基体上，降低了局部腐蚀的倾向，耐腐蚀性能增强。本研究中，T6态综合性能最佳：失重平均腐蚀速率为0.189 mm/a，抗拉强度为258 MPa，屈服强度为144 MPa，伸长率为15.5%。该结果基本满足支架材料对力学性能和耐腐蚀性能的要求。

目录

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第一章 绪论

1.1 心血管支架材料概论

1.2 镁合金支架材料的优缺点

1.3 提高镁合金性能的方法

1.4 课题研究意义及内容

参考文献

第二章 实验过程及研究方法

2.1 实验方案

2.2 实验设备

2.3 合金的制备

2.4 合金显微组织分析

2.5 合金耐腐蚀性能测试

2.6 合金力学性能测试

参考文献

第三章 Y含量对Mg-xY-3Zn-0.4Zr合金组织及性能的影响

3.1 引言

3.2 Mg-xY-3Zn-0.4Zr合金的显微组织

3.3 Y含量对Mg-xY-3Zn-0.4Zr合金耐腐蚀性能的影响

3.4 Y含量对Mg-xY-3Zn-0.4Zr合金力学性能的影响

3.5小结

参考文献

第四章 Zn含量对Mg-2Y-yZn-0.4Zr合金组织及性能的影响

4.1 引言

4.2 Mg-2Y-yZn-0.4Zr合金的显微组织

4.3 Zn含量对Mg-2Y-yZn-0.4Zr合金耐腐蚀性能的影响

4.4 Zn含量对Mg-2Y-yZn-0.4Zr合金力学性能的影响

4.5 小结

参考文献

第五章 热处理对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金组织及性能的影响

5.1 引言

5.2 固溶温度的选择

5.3 热处理对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金显微组织的影响

5.4 热处理对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金耐腐蚀性能的影响

5.5 热处理对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金力学性能的影响

5.6 小结

参考文献

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文