生物医用镁合金的微观组织分析及腐蚀性能研究

摘要

耐蚀性差是限制生物医用镁合金实际应用的主要因素。为了解决镁合金耐蚀性差的问题,本文通过添加具有良好生物相容性的Zn、Mn、Ca元素制备了Mg-Zn-Mn-Ca四元合金。通过合理的成分设计,确定各个合金元素的选取水平,按照U12*(1210)均匀试验设计表进行试验。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和差热分析等,研究了Zn、Mn、Ca合金元素对Mg-Zn-Mn-Ca四元合金的微观组织和相组成的的影响;采用电化学测试技术、析氢法以及腐蚀失重法研究了Mg-Zn-Mn-Ca四元合金在Hanks模拟体液中的腐蚀行为和腐蚀机理;对合金进行了热挤压变形处理,研究了挤压变形对合金微观组织和腐蚀性能的影响。通过回归分析,建立回归方程,最终得到以下结论:
　　(1)铸态合金微观组织分析表明,合金中的第二相,主要以颗粒状或者带状分布在晶粒内部和晶界处。2号、4号试样由(α-Mg+Mg7Zn3)相和α-Mn相组成。1、7、9号合金试样,其Zn/Ca原子比小于1.2,因此相组成为α-Mg+Mg2Ca+Ca2Mg6Zn3。剩余其它合金试样,其Zn/Ca原子比大于1.2,相组成为α-Mg+Ca2Mg6Zn3。在320℃下经过挤压,合金发生了动态再结晶,不同成分的合金发生动态再结晶的程度不同,再结晶晶粒大小也不同。
　　(2)铸态和挤压态合金在Hanks模拟体液中的极化曲线的测试表明:2号试样Mg-Zn-Mn自腐蚀电流密度最小,极化电阻最大,耐蚀性最好。12号试样Mg-4Zn-0.4Ca的耐蚀性最差。挤压态合金的腐蚀速率相比铸态合金有不同程度的下降,说明挤压有利于合金耐蚀性的提高。析氢和腐蚀失重法结果与极化曲线的测试结果是一致的。合金的腐蚀形式主要为晶间腐蚀和点蚀,Mg2Ca相可以提高铸态合金的耐蚀性。
　　(3)对铸态和挤压态合金在Hanks模拟体液中浸泡72h的腐蚀速率进行多元线性回归分析,建立回归方程。通过回归方程可以看出Mg(100-x-y-z)-Znx-Mny-Caz合金的平均腐蚀速率与Zn和Ca元素的含量有很大的关系。同时受到Mg和Ca元素的交互作用的影响较大。通过规划求解的,得到铸态Mg(100-x-y-z)-Znx-Mny-Caz四元合金在Hanks模拟体液中浸泡72h的最小平均腐蚀速率为2.31mm/a,其对应的合金成分为Mg-1.6Zn-0.14Mn。挤压态Mg(100-x-y-z)-Znx-Mny-Caz四元合金的在Hanks模拟体液中浸泡72h的最小平均腐蚀速率为1.43mm/a,其对应的合金成分为Mg-4Zn-1Mn-0.1Ca。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 生物医用材料及其特点

1.3 生物医用镁合金

1.4 医用镁合金的生物腐蚀

1.5 本文的研究内容

2 材料制备与实验方法

2.1 实验合金的成分设计

2.2 实验设备和仪器

2.3 实验过程及步骤

2.4 分析测试方法

2.5 腐蚀性能测试

2.6 研究路线

3. 铸态和挤压态合金微观组织分析

3.1 铸态合金组织分析

3.2挤压态合金的微观组织分析

3.3小结

4 合金的电化学腐蚀行为研究

4.1 铸态合金的电化学腐蚀行为研究

4.2 挤压态合金的电化学腐蚀行为研究

4.3 小结

5 合金的静态浸泡腐蚀行为研究

5.1 铸态合金腐蚀性能研究

5.2 挤压态合金腐蚀性能研究

5.3 小结

6 结论

致谢

参考文献

在校学习期间所发表论文