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必需的微量營養(yǎng)元素，鎂合金因為其良好的生物相容性，在人體體液環(huán)境中可形成無毒無害可溶性的產(chǎn)物且能在人體內降解，并通過自身代謝排出體外等優(yōu)異的性能，并且已通過臨床試驗證實了鎂金屬的生物相容性以及應用于生物醫(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性能較差，在

2、生物體內很容易被腐蝕降解并隨著生物體的新陳代謝而排出體外，嚴重影響了鎂合金作為生物植入材料的應用。因而在本文中選取對人體無毒無害的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，通過合金化來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鎂合金的顯微微觀組織以及提高對力學性能及耐腐蝕性能的影響。研究結果表明：
　　通過添加合金元素Ca或者進行熱處理加工，鎂合金的顯

3、微組織，力學性能及耐腐蝕性能產(chǎn)生了明顯的改變。
　　（1）鑄態(tài)試驗合金中，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化。
　　（2）合金中的Ca含量對鑄態(tài)合金的力學性能有顯著影響，在含有0-0.9wt%Ca的Mg-3Zn-0.3Zr（ZK30）-xCa合金中，ZK30-0.6Ca由于較細小的晶粒組織和第二相的存在，呈現(xiàn)出最好的機械性能。
　　

5、（3）合金的細化的晶粒組織會增強合金的耐腐蝕性能，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）合金在較細化的晶粒尺寸（增強合金耐腐蝕性能）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。
　?。?）對力學性能及耐腐蝕性能最好的Mg-3Zn-0.3Zr-0.6Ca合金進行不同的熱處理，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行170℃下時效2.5h(T6-2.5)，5h(T6-5)，10h(T6-10)。
　?。?）熱處理影響合金的微觀組織，并且合金經(jīng)過熱處理使得合金中的Zr原子向晶內擴散而在晶粒內逐漸形成富Zr相，而富Zr相由于在腐蝕過程中作為微電池中的陽極而增加了合金的耐腐蝕性能；
　?。?）熱處理影響Mg-3Zn-0.3Zr-0.6Ca鎂合金的耐腐蝕性能，不同熱處理條件下的長時間的浸沒腐蝕試驗后的

7、耐腐蝕性能排序為：T6-2.5＞T6-5＞T6-10＞T4＞F，而且固溶條件下的試樣（T4）在短期浸沒腐蝕試驗表現(xiàn)出最佳的耐腐蝕性能；
　　（7）T4試樣由于熱處理而使大部分的第二相固溶進鎂基體中，而由于大部分第二相的缺失使得 T4合金在短期浸沒腐蝕試驗中表現(xiàn)出最佳的耐腐蝕性能.然而，較長時間的浸沒腐蝕試驗后,鑄態(tài)試驗樣品（F）由于保護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)試驗樣品（F）在較長時