锶元素含量及其热处理工艺对医用可降解Mg-Zn-Zr-Sr合金性能的研究

摘要

根据可降解松质骨螺钉的服役环境，及其所处的位置特殊性，为了提高现有的生物医用镁合金材料的耐蚀性以及力学性能，我们选用了可降解镁合金来做骨螺钉。锶作为人体的必需微量元素，它具有防止动脉硬化以及血栓形成的功能，因此本文的实验内容是在本课题组研究的Mg-Zn-Zr合金上设计并制备不同Sr含量的Mg-Zn-Zr-Sr合金，并对其力学性能、耐腐蚀性以及细胞毒性进行对比，探究不同含量的 Sr元素以及固溶与时效处理对镁合金综合性能的影响。
　　本研究采用真空与惰性气体保护的方法熔炼了 Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.1Sr、Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.3Sr及Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.5Sr合金，然后对其经过300℃×13h均匀化退火，再将铸锭挤压成棒材并截取试样，用光学显微镜观察试样的金相组织，并测量其晶粒尺寸；通过 X射线衍射仪分析 Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.1Sr、Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.3Sr及Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.5Sr合金的相组成。为了探究这三种合金的力学性能，将挤压好的棒材加工成一些拉伸试样对其进行拉伸实验；采用三电极法测量合金的极化曲线；之后再利用固溶处理和时效处理这两种热处理工艺，研究固溶与时效处理工艺对合金力学性能与腐蚀性能的影响；通过浸泡实验测出 pH值、Mg离子浓度以及失重来研究镁合金在体外的降解速率；最后再通过细胞毒性实验来检测三种合金经过浸泡实验后，利用浸提液来检测其毒性。结果表明：
　　1. Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.3Sr相比于Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.1Sr和Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.5Sr合金其力学性能，耐腐蚀性以及生物相容性最好。
　　2.将三种合金经过固溶处理和时效处理之后，对其力学性能和耐腐蚀性再一次进行对比，得知最适宜的热处理工艺为在300℃×13h均匀化退火后再进行400℃×2h的固溶处理，此时的力学性能与耐腐蚀性最好。
　　3.通过浸泡实验，经过固溶处理的Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.3Sr合金的pH值、Mg离子的浓度以及失重相比于挤压态的Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.3Sr和时效处理的Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.3Sr合金都是最低的，因此经过固溶处理之后的Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.3Sr合金的耐腐蚀性最好。
　　4.在细胞毒性实验中，Mg-3.2Zn-0.8Zr-0.3Sr合金所产生的细胞毒性最小。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 骨植入镁合金的研究现状

1.3 合金化的作用

1.4 热处理的分类及其作用

1.5 课题的研究背景及研究内容

第二章 实验方法与设备

2.1 实验材料及设备

2.2 镁合金的制备及热处理

2.3 镁合金组织观察及性能测试方法

第三章 Sr元素的含量对Mg-Zn-Zr合金组织及性能的影响

3.1 实验结果与讨论

3.2 Sr元素对铸态Mg-Zn-Zr合金显微组织的影响

3.3 挤压态Mg-Zn-Zr-Sr的合金性能

3.4 Sr元素对Mg-Zn-Zr合金的影响机理

3.5 本章小结

第四章 固溶处理和时效处理对Mg-Zn-Zr-Sr合金组织与性能的影响

4.1 固溶处理对挤压态Mg-Zn-Zr-Sr合金组织及性能的影响

4.2 时效处理对挤压态Mg-Zn-Zr-Sr合金组织及性能的影响

4.3 硬度分析

4.4 本章小结

第五章 锶元素对镁合金体外降解影响的研究

5.1 体外浸泡实验

5.2 实验结果与分析

5.3 细胞毒性试验

5.4 本章小结

第六章 全文结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢