挤压态AZ80镁合金在模拟人体体液中的腐蚀行为的研究

摘要

镁合金由于其良好的结构性能及生物相容性越来越受到广大医用材料研究者的关注，但其低的平衡电势使镁合金材料极易发生腐蚀，造成镁基材在人体内使用寿命大大减小，不足以满足用植入材料在人体内达到良好机械支撑性的最低时间。挤压AZ80镁合金较铸态AZ80镁合金相比具有较均匀晶粒组织，表现为更为细小的等轴晶，原则上较铸态具有更好的耐腐蚀性能。
　　本论文主要研究了挤压态AZ80镁合金初始态、固溶态、时效态在模拟人体体液中的腐蚀行为。采用浸泡析氢实验、浸泡失重实验以及电化学极化曲线测试为测定材料腐蚀程度，对腐蚀试样采用宏观观察、SEM实验对腐蚀形貌进行观察分析，浸泡腐蚀产物过滤收集、研磨，通过XRD实验对腐蚀产物进行定性分析。分别研究了研究了三种热处理状态下的挤压态AZ80镁合金在pH=7、pH=8、pH=9、pH=10、pH=11的模拟体液中腐蚀性能;并研究了溶液中各离子成分对挤压态AZ80镁合金腐蚀行为的影响。
　　对挤压态AZ80镁合金进行热处理，将获得的初始态、固溶态、时效态三种状态合金在不同pH值下的模拟体液中腐蚀结果分析可知，由于金属表面膜层主要成分为碱性的Mg(OH)2，随着pH值的升高，提高表面膜的稳定性，有效的减少Cl等腐蚀性较强离子的侵入，出现了随着模拟体液pH值的上升，三种热处理状态的试样的耐腐蚀性能增强的现象。实验测得的极化曲线上表现为随着pH值上升，自腐蚀电位增大，腐蚀电流密度减小，试样表面腐蚀程度对应减小。相同pH值溶液中挤压态AZ80镁合金的耐腐蚀性强弱程度为:时效态＞固溶态＞初始态。通过SEM微观分析与EDS分析成分分析可知，固溶处理改变了第二相β-Mg17Al12的数量、形貌和分布位置，进而影响对应状态台金的耐腐蚀性能。其中β-Mg17Al12富集部位较难发生腐蚀，由于β-Mg17Al12在试样表面未腐蚀区域与已腐蚀区域分别充当阳极和阴极，使试样腐蚀倾向发展为均匀腐蚀，进而对镁合金的腐蚀性能有所改性。
　　由挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中腐蚀结果分析可知，试样在这六种溶液中的耐腐蚀性能排列顺序为:HPO42-＞H2PO4-＞葡萄糖＞HCO3-＞SO42-＞Cl-。其中Cl-起到最主要的作用，其他离子成分通过参与表面产物膜的形成来影响腐蚀性能。其中SO42-主要与基材反应以MgSO4的形式存在，形成的表面膜层较为疏松，对Cl-等小分子的阻碍作用不明显。H2PO4-与HPO42-溶液中试样的腐蚀程度最低，这与试样表层形成稳定的磷酸盐保护膜有关。葡萄糖可使腐蚀氧化膜致密，并使表面膜层自腐蚀电位上升，进而提高镁合金试样的耐腐蚀性能。
　　pH值、合金状态与溶液成分的改变均未改变挤压态AZ80镁合金的腐蚀类型，其主要腐蚀类型为点蚀和丝状腐蚀。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 医用植入材料简介

1．3 镁合金作为生物医用材料存在的优势和不足

1．4 生物可降解镁合金的发展

1．5 镁合金腐蚀行为及防护工艺

1．5．1 镁合金的腐蚀机理

1．5．2 镁合金常见腐蚀类型

1．5．3 提高镁合金耐蚀性的主要方法

1．6 本课题的研究意义

2．1 实验材料

2．2 显微组织与形貌分析方法

2．2．1 金相制备

2．2．2 扫描电镜分析

2．2．3 X射线衍射分析

2．3 热处理实验方法

2．4 力学性能测试方法

2．5 溶液的配置

2．6 腐蚀速度测试实验

2．6．1 试样的制备

2．6．2 浸泡失重实验

2．7 电化学腐蚀实验

2．7．1 试样的制备

2．7．2 开路电位测试

2．7．3 极化曲线测试

2．8 试验工艺路线图

3 pH值对挤压态AZ80合金在模拟人体体液中腐蚀性能的影响

3．1 引言

3．2 挤压态AZ80镁合金实验试样热处理状态的选取

3．3 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中腐蚀速率测试实验

3．3．1 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中浸泡失重实验

3．3．2 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中浸泡析氢实验

3．4 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中腐蚀形貌及产物分析

3．4．1 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中腐蚀宏观形貌分析

3．4．2 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中腐蚀微观形貌分析

3．4．3 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中腐蚀产物XRD分析

3．5 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中电化学腐蚀试验

3．5．1 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中开路电位测试

3．5．2 挤压态AZ80镁合金在不同pH值模拟体液中极化曲线测试

3．5 本章小结

4 模拟人体体液中各离子成分对挤压态AZ80合金腐蚀性能的影响

4．1 引言

4．2 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中腐蚀速率测试实验

4．2．1 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中浸泡失重实验

4．2．2 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中浸泡析氢实验

4．3 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中腐蚀形貌及产物分析

4．3．1 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中腐蚀宏观形貌分析

4．3．2 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中腐蚀微观形貌分析

4．3．3 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中腐蚀产物分析

4．4 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中电化学腐蚀试验

4．4．1 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中开路电位测试

4．4．2 挤压态AZ80镁合金在不同离子成分模拟体液中极化曲线测试

4．5 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢