可生物降解Mg-Ca-Nd合金力學性能與耐蝕性的研究.pdf

1、鎂合金具有良好的力學相容性和生物相容性，是理想的生物醫(yī)用材料。因此生物醫(yī)用鎂合金受到世界范圍內生物材料工作者越來越多的關注，并為此進行了大量實驗及臨床研究。但迄今為止還沒有突破性的進展。究其原因主要是因為鎂合金在人體環(huán)境中降解速度過快且不可控，造成鎂合金制成的生物醫(yī)用材料在服役期間無法保持必須的機械完整性，造成植入失敗。如何改善鎂合金的力學性能及提高其耐腐蝕性就成為了現(xiàn)階段鎂合金作為生物醫(yī)用材料的研究熱點。
　　 為進一步探尋和

2、開發(fā)具有臨床實用價值的可降解生物醫(yī)用鎂合金，本課題選取了無毒且具有良好的生物相容性的金屬元素Ca和Nd作為合金組元。在明確Ca元素對合金性能影響規(guī)律的前提下，以Nd元素相對含量為切入點實現(xiàn)合金成分優(yōu)化設計，利用真空感應熔煉，采用金屬模澆鑄制備了Mg-Ca-Nd三元合金，使用熱處理手段對合金進行改性。并對鑄態(tài)和熱處理態(tài)合金進行微觀組織分析、力學性能檢測及斷口形貌分析，以力學性能為篩選標準，篩選出經熱處理后力學性能表現(xiàn)最好的一組合金，對其采

3、用浸泡實驗和電化學測試技術研究鎂合金的腐蝕性能與機理。浸泡實驗主要通過在每個時間節(jié)點溶液的pH值和平均腐蝕速率的測定來評定鎂合金耐蝕性能。
　　 研究結果表明:隨著Nd含量的增加鑄態(tài)的Mg-0.8Ca合金組織得到明顯細化，尤其當Nd含量為3％時，晶粒尺寸達到10～20μm為晶粒尺寸最小;同時合金的抗拉強度和硬度都同時得到了提高，其綜合性能達到最大值，抗拉強度和韋氏顯微硬度為101Mpa和76。熱處理實驗是建立在鑄態(tài)實驗基礎上的，

4、是針對鑄態(tài)試驗中優(yōu)選出的Mg-0.8Ca-3Nd合金進行的。經固溶處理和時效處理后，合金組織與第二相形態(tài)變化明顯，力學性能改善顯著。其中Mg-0.8Ca-3Nd合金經540℃固溶處理后抗拉強度為148.5Mpa，經250℃時效處理后的抗拉強度提升為180.5Mpa，同時經固溶時效處理后的合金的顯微硬度也得到很大提升，為110。
　　 為了研究鎂合金的腐蝕性能與機理，本課題對不同狀態(tài)的Mg-0.8Ca-3Nd合金進行浸泡實驗和電化

5、學實驗。浸泡實驗發(fā)現(xiàn):固溶時效態(tài)合金的耐蝕性較好，其次是固溶態(tài)，而鑄態(tài)較差。對腐蝕形貌進行微觀組織觀察發(fā)現(xiàn)在浸泡腐蝕過程中鑄態(tài)合金存在著嚴重的局部腐蝕，相比較而言，固溶態(tài)合金以及固溶時效態(tài)合金因為組織更加均勻，熱處理后的合金表現(xiàn)出相對均勻的全面腐蝕。而且不論是鑄態(tài)，還是固溶態(tài)以及固溶時效態(tài)合金，其腐蝕區(qū)域內均有逐漸向縱深發(fā)展的腐蝕趨勢，其中鑄態(tài)合金的腐蝕區(qū)內已形成了腐蝕臺階。電化學實驗發(fā)現(xiàn):對比分析電化學腐蝕速率和腐蝕電流密度，發(fā)現(xiàn)固溶