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文檔簡(jiǎn)介
1、鎂基生物材料具有良好的生物相容性和可降解性,是一種理想的人體植入材料,目前用于血管支架和骨內(nèi)固定材料方面的生物可降解研究已取得了較大進(jìn)展。但鎂及其合金由于其力學(xué)性能較低、在人體內(nèi)降解速度過(guò)快進(jìn)而導(dǎo)致其力學(xué)性能消失,已成為限制其在生物醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用的最大障礙。因此,提高鎂及其合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能已成為科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)之一。
合金化和變形等加工處理是提高鎂基生物材料力學(xué)性能和耐腐蝕性能的有效手段。論文首先從雜質(zhì)Fe含量、變形
2、狀態(tài)等方面研究了鎂在Hanks'溶液中的腐蝕規(guī)律;然后采用合金化的方法,利用生物相容性能較好的Zn和Mn元素以及微量的稀土元素(RE)制備Mg-Zn系和Mg-Mn-RE合金;最后采取了常規(guī)擠壓和等通道擠壓(ECAP)兩種方法,對(duì)比研究了常規(guī)擠壓和等通道擠壓對(duì)鎂及其合金微觀組織、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X-射線衍射儀分析了材料的微觀組織。用電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)和微觀硬度測(cè)試儀測(cè)試了材料的室溫力學(xué)性能。用電化
3、學(xué)和體外浸泡試驗(yàn)系統(tǒng)檢測(cè)了材料的腐蝕行為。所得結(jié)論具體內(nèi)容如下:
1.鎂中Fe元素含量越低,鎂晶粒越細(xì)小,鎂在Hanks'溶液中耐腐蝕越好。鎂的腐蝕速率可通過(guò)減少Fe含量、細(xì)化晶粒等方法進(jìn)行控制。合金化能有效細(xì)化晶粒,在Mg中加入2wt.%Zn后,比鑄態(tài)鎂的晶粒更細(xì)小均勻,提高了耐腐蝕性能;在Mg-2Zn鎂合金中加入0.1wt.%RE后,進(jìn)一步細(xì)化了鑄態(tài)ZE20鎂合金晶粒。
2.擠壓溫度對(duì)ZE20鎂合金的腐蝕性能影響
4、明顯。鑄態(tài)ZE20鎂合金分別在230℃、280℃和330℃經(jīng)常規(guī)擠壓后,合金在330℃時(shí)晶粒尺寸最小,約為7μm,力學(xué)性最佳能,其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為160 MPa、272 MPa、12.8%;耐腐蝕性能最強(qiáng),其析氫腐蝕速率為0.235 mLcm2day-1。
3.擠壓比對(duì)Mg-1Mn-0.1RE鎂合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能影響明顯。在360℃溫度下擠壓,隨著擠壓比的增大,棒材鎂合金的晶粒逐漸變小,力學(xué)性能和耐腐蝕
5、性能不斷提高。當(dāng)擠壓比上升到32時(shí),鎂合金晶粒尺寸約為3μm,屈服強(qiáng)度為185MPa,抗拉強(qiáng)度為311MPa,抗彎強(qiáng)度為533 MPa,延伸率為10.5%,析氫腐蝕速率為0.156mLcm-2day-1。
4.鑄態(tài)鎂在常規(guī)擠壓過(guò)程中,隨著擠壓比增加,擠壓溫度降低,晶粒逐漸細(xì)化,力學(xué)性能和腐蝕性能逐漸提高。鑄態(tài)鎂在擠壓比為25、溫度分別在230℃、280℃、330℃進(jìn)行常規(guī)擠壓后,其力學(xué)性能和腐蝕性能隨著溫度的升高而逐漸降低;在
6、擠壓溫度360℃、擠壓比分別為13和32進(jìn)行常規(guī)擠壓后,其力學(xué)性能和腐蝕性能隨著擠壓比的增大而逐漸提高;在擠壓比為25、擠壓溫度為230℃條件下進(jìn)行常規(guī)擠壓后的鎂力學(xué)性能和腐蝕性能最好,其抗拉強(qiáng)度達(dá)到了177MPa,延伸率達(dá)到了24%。鎂在230℃經(jīng)常規(guī)擠壓后,在280℃經(jīng)過(guò)1道次等通道擠壓變形,晶粒得到了細(xì)化且力學(xué)性能得到了更大的提高。
5.在等通道擠壓過(guò)程中,隨著擠壓溫度降低、擠壓道次增多,晶粒進(jìn)一步細(xì)化,鎂的力學(xué)性能逐漸
7、提高,耐腐蝕性能先降低后升高。鑄態(tài)鎂在360℃擠壓1道次后,以A路徑進(jìn)行降溫等通道擠壓變形,分別在300℃、250℃和200℃各擠壓3道次,其力學(xué)性能隨擠壓溫度降低而逐漸增加;鑄態(tài)鎂在300。C變形3道次后耐腐蝕性能最高,在200℃變形3道次后耐腐蝕性能次之,其腐蝕速率為0.222 mLcm-2day-1,在250℃變形3道次后耐腐蝕性能最差。在200℃分別以A、C路徑等通道擠壓變形后,隨擠壓道次的增多,鑄態(tài)鎂的力學(xué)性能提高。經(jīng)A路徑等
8、通道擠壓變形4道次后的鎂抗拉強(qiáng)度最高,為165MPa,其延伸率也較高,為15%,表明該工藝下鎂的綜合力學(xué)性能是較好的;經(jīng)C路徑等通道擠壓變形4道次后鎂的屈服強(qiáng)度最高,達(dá)到75 MPa。在200℃經(jīng)A路徑等通道擠壓變形后的鎂耐腐蝕性能比同一溫度下經(jīng)C路徑等通道擠壓變形后的鎂耐腐蝕性能更好。
6.常規(guī)擠壓態(tài)Mg-2Zn鎂合金在等通道擠壓變形過(guò)程中,其耐腐蝕性能隨著擠壓道次的增加而降低。與常規(guī)擠壓態(tài)相比,Mg-2Zn鎂合金在270℃
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