基于生物醫(yī)用的鎂鋅基合金力學(xué)及耐腐蝕性能研究.pdf

1、可降解生物材料因植入生物體后可在體內(nèi)不斷分解、且分解產(chǎn)物能被生物體所吸收或排出體外,已成為當(dāng)前生物材料領(lǐng)域的國際研究前沿與熱點(diǎn)。目前在骨植入材料中應(yīng)用較多的可降解生物材料主要是高分子聚合物如聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(PGA),然而這些材料的強(qiáng)度一般較低,很難承受較大的負(fù)荷,而且降解產(chǎn)物呈酸性,容易引起炎癥。鎂及其合金不僅具有良好的力學(xué)性能,而且對人體無毒、通過腐蝕可在體內(nèi)逐步降解,因而作為一種極有發(fā)展?jié)摿Φ目山到庵踩肷锊牧先找媸艿?/p>

2、人們的青睞。但是現(xiàn)有的鎂合金在生理環(huán)境下降解速率太快,往往在骨組織沒有愈合就失去了應(yīng)有的承載能力。所以制備出既有一定力學(xué)性能,又具有較好耐腐蝕性的鎂合金,具有較高的實(shí)用價(jià)值。
　　本文對Mg-2.1wt.％Zn-0.22wt.％Mn、Mg-2.1wt.％Zn-0.22wt.％Ca和Mg-1.99wt.％Zn-0.17wt.％Ca-0.51wt.％Si合金進(jìn)行組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性能研究。三種合金的組織分別為α-Mg+α-Mn、α

3、-Mg+Ca2Mg6Zn3和α-Mg+Mg2Si。其中Mg-2.1Zn-0.22Ca合金晶粒度為85μm,拉伸強(qiáng)度達(dá)到172MPa、伸長率為11％;模擬體液中自腐蝕電位為-1.71V、質(zhì)量損失速率為0.9g/(cm2·year),力學(xué)性能和自腐蝕性能較好。對合金Mg-2Zn-xCa(x=0.024wt.％、0.022wt.％、0.29wt.％、0.46wt.％)進(jìn)行顯微組織、力學(xué)、耐腐蝕性研究,結(jié)果表明:隨著Ca含量的增加,第二相Ca2

4、Mg6Zn3的含量也增加,并在晶界處從不連續(xù)分布到連續(xù)分布,當(dāng)Ca含量為0.46wt.％時(shí),第二相聚集在晶界處,形成粗大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);力學(xué)和耐腐蝕性能都出現(xiàn)先增強(qiáng)后降低的規(guī)律,其中Mg-2.1Zn-0.22Ca合金的力學(xué)和耐腐蝕性能較好。
　　在保證一定的耐腐蝕性條件下,為了進(jìn)一步提高合金的性能,本文又對Mg-2.1Zn-0.22Ca合金進(jìn)行了不同工藝條件的熱處理,對熱處理后的合金分別做了顯微組織、力學(xué)性能、耐腐蝕性能的研究,結(jié)果表

5、明:在相同的溫度條件下,隨著保溫時(shí)間的延長,第二相Ca2Mg6Zn3逐漸減少,發(fā)生固溶的第二相增多;而在相同的保溫時(shí)間里,隨著熱處理溫度的升高,第二相Ca2Mg6Zn3也逐漸減少。隨著保溫時(shí)間的延長,合金的拉伸性能先出現(xiàn)增加,然后又出現(xiàn)下降的趨勢,其中以360℃固溶處理4h得到合金的力學(xué)性能較好,其拉伸強(qiáng)度為210MPa,伸長率為21％,同鑄態(tài)合金相比,其拉伸強(qiáng)度增加24％、伸長率提高90％。通過電化學(xué)腐蝕對不同熱處理?xiàng)l件下的合金耐腐蝕

6、性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明:同一熱處理溫度隨著保溫時(shí)間的延長以及同一保溫時(shí)間隨著熱處理溫度的升高,合金的耐腐蝕性能稍有下降;失重試驗(yàn)和pH檢測也證實(shí)了這個(gè)變化規(guī)律。熱處理后合金的電位整體比較接近,介于-1.83V到-1.75V之間,與鑄態(tài)合金腐蝕性能相比差別不大。試驗(yàn)證實(shí):通過熱處理提高了合金的力學(xué)性能,而合金的耐腐蝕性能并沒有明顯的降低。同樣在360℃進(jìn)行保溫4h的固溶處理,相對于Mg-2.16Zn-0.29Ca和Mg-2.06Zn-0.