心血管支架用生物可降解ZK30-xCa鎂合金的組織及性能研究.pdf

1、金屬鎂元素是人體體內(nèi)必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，鎂合金因?yàn)槠淞己玫纳锵嗳菪?，在人體體液環(huán)境中可形成無(wú)毒無(wú)害可溶性的產(chǎn)物且能在人體內(nèi)降解，并通過(guò)自身代謝排出體外等優(yōu)異的性能，并且已通過(guò)臨床試驗(yàn)證實(shí)了鎂金屬的生物相容性以及應(yīng)用于生物醫(yī)用材料的可行性。所以，鎂合金成為了一種很有應(yīng)用前景人體植入材料。本文的研究目的，是為研發(fā)一種新型的、可用于血管支架的生物材料做一些數(shù)據(jù)研究并提出相關(guān)的理論依據(jù)。但是，眾所周知，鎂及鎂合金的耐腐蝕性能及力學(xué)性能較差，在

2、生物體內(nèi)很容易被腐蝕降解并隨著生物體的新陳代謝而排出體外，嚴(yán)重影響了鎂合金作為生物植入材料的應(yīng)用。因而在本文中選取對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害的Zn，Zr和C a作為合金組元，以Mg-3Zn-0.3Zr為基合金，在基合金中添加微量的C a，通過(guò)合金化來(lái)提高鎂合金的綜合性能，并研究了不同含量的Ca元素和不同的熱處理工藝對(duì)鎂合金的顯微微觀組織以及提高對(duì)力學(xué)性能及耐腐蝕性能的影響。研究結(jié)果表明：
　　通過(guò)添加合金元素Ca或者進(jìn)行熱處理加工，鎂合金的顯

3、微組織，力學(xué)性能及耐腐蝕性能產(chǎn)生了明顯的改變。
　　（1）鑄態(tài)試驗(yàn)合金中，隨著含Ca量的不同，鎂合金中相的組成也發(fā)生了改變，Mg-3Zn-0.3Zr及 Mg-3Zn-0.3Zr-0.3Ca合金主要由鎂基體和二元Mg0.97Zn0.03相組成，而當(dāng)合金中的Ca含量增至0.6wt％后，合金中的相的組成發(fā)生變化，Mg-3Zn-0.3Zr-0.6C a和Mg-3Zn-0.3Zr-0.9C a主要由鎂基體，二元Mg0.97Zn0.03相和三

4、元Ca2Mg6Zn3相組成，并且三元Ca2Mg6Zn3相的數(shù)量隨著合金中C a含量由0.6wt%增至0.9wt%而增多。另外，隨著C a元素的添加，Mg-3Zn-0.3Zr-xCa合金晶粒尺寸逐漸被細(xì)化。
　?。?）合金中的Ca含量對(duì)鑄態(tài)合金的力學(xué)性能有顯著影響，在含有0-0.9wt%Ca的Mg-3Zn-0.3Zr（ZK30）-xCa合金中，ZK30-0.6Ca由于較細(xì)小的晶粒組織和第二相的存在，呈現(xiàn)出最好的機(jī)械性能。
　　

5、（3）合金的細(xì)化的晶粒組織會(huì)增強(qiáng)合金的耐腐蝕性能，Ca2Mg6Zn3相的存在減弱了合金的耐腐蝕性能。因此Mg-3Zn-0.3Zr-0.6Ca（ZK30-0.6Ca）合金在較細(xì)化的晶粒尺寸（增強(qiáng)合金耐腐蝕性能）和Ca2Mg6Zn3相的存在（減弱合金耐腐蝕性能）綜合作用下表現(xiàn)出最佳的耐腐蝕性能。
　　（4）對(duì)力學(xué)性能及耐腐蝕性能最好的Mg-3Zn-0.3Zr-0.6Ca合金進(jìn)行不同的熱處理，以期找到較佳的熱處理工藝，熱處理工藝為：31

6、5℃固溶48h（T4），隨后分別將合金再進(jìn)行170℃下時(shí)效2.5h(T6-2.5)，5h(T6-5)，10h(T6-10)。
　　（5）熱處理影響合金的微觀組織，并且合金經(jīng)過(guò)熱處理使得合金中的Zr原子向晶內(nèi)擴(kuò)散而在晶粒內(nèi)逐漸形成富Zr相，而富Zr相由于在腐蝕過(guò)程中作為微電池中的陽(yáng)極而增加了合金的耐腐蝕性能；
　　（6）熱處理影響Mg-3Zn-0.3Zr-0.6Ca鎂合金的耐腐蝕性能，不同熱處理?xiàng)l件下的長(zhǎng)時(shí)間的浸沒(méi)腐蝕試驗(yàn)后的

7、耐腐蝕性能排序?yàn)椋篢6-2.5＞T6-5＞T6-10＞T4＞F，而且固溶條件下的試樣（T4）在短期浸沒(méi)腐蝕試驗(yàn)表現(xiàn)出最佳的耐腐蝕性能；
　?。?）T4試樣由于熱處理而使大部分的第二相固溶進(jìn)鎂基體中，而由于大部分第二相的缺失使得 T4合金在短期浸沒(méi)腐蝕試驗(yàn)中表現(xiàn)出最佳的耐腐蝕性能.然而，較長(zhǎng)時(shí)間的浸沒(méi)腐蝕試驗(yàn)后,鑄態(tài)試驗(yàn)樣品（F）由于保護(hù)膜遭到破壞以及大量作為微電池陰極的第二相的存在而加速了合金的腐蝕，使得鑄態(tài)試驗(yàn)樣品（F）在較長(zhǎng)時(shí)