可生物降解Mg-Ca-Nd合金力學(xué)性能與耐蝕性的研究.pdf

1、鎂合金具有良好的力學(xué)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(nèi)生物材料工作者越來(lái)越多的關(guān)注，并為此進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)及臨床研究。但迄今為止還沒(méi)有突破性的進(jìn)展。究其原因主要是因?yàn)殒V合金在人體環(huán)境中降解速度過(guò)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(wú)法保持必須的機(jī)械完整性，造成植入失敗。如何改善鎂合金的力學(xué)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(diǎn)。
　　 為進(jìn)一步探尋和

2、開(kāi)發(fā)具有臨床實(shí)用價(jià)值的可降解生物醫(yī)用鎂合金，本課題選取了無(wú)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(duì)合金性能影響規(guī)律的前提下，以Nd元素相對(duì)含量為切入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)合金成分優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用真空感應(yīng)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(duì)合金進(jìn)行改性。并對(duì)鑄態(tài)和熱處理態(tài)合金進(jìn)行微觀組織分析、力學(xué)性能檢測(cè)及斷口形貌分析，以力學(xué)性能為篩選標(biāo)準(zhǔn)，篩選出經(jīng)熱處理后力學(xué)性能表現(xiàn)最好的一組合金，對(duì)其采

3、用浸泡實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)測(cè)試技術(shù)研究鎂合金的腐蝕性能與機(jī)理。浸泡實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)在每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)溶液的pH值和平均腐蝕速率的測(cè)定來(lái)評(píng)定鎂合金耐蝕性能。
　　 研究結(jié)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(xì)化，尤其當(dāng)Nd含量為3％時(shí)，晶粒尺寸達(dá)到10～20μm為晶粒尺寸最小;同時(shí)合金的抗拉強(qiáng)度和硬度都同時(shí)得到了提高，其綜合性能達(dá)到最大值，抗拉強(qiáng)度和韋氏顯微硬度為101Mpa和76。熱處理實(shí)驗(yàn)是建立在鑄態(tài)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，

4、是針對(duì)鑄態(tài)試驗(yàn)中優(yōu)選出的Mg-0.8Ca-3Nd合金進(jìn)行的。經(jīng)固溶處理和時(shí)效處理后，合金組織與第二相形態(tài)變化明顯，力學(xué)性能改善顯著。其中Mg-0.8Ca-3Nd合金經(jīng)540℃固溶處理后抗拉強(qiáng)度為148.5Mpa，經(jīng)250℃時(shí)效處理后的抗拉強(qiáng)度提升為180.5Mpa，同時(shí)經(jīng)固溶時(shí)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(jī)理，本課題對(duì)不同狀態(tài)的Mg-0.8Ca-3Nd合金進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)和電化

5、學(xué)實(shí)驗(yàn)。浸泡實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):固溶時(shí)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(duì)腐蝕形貌進(jìn)行微觀組織觀察發(fā)現(xiàn)在浸泡腐蝕過(guò)程中鑄態(tài)合金存在著嚴(yán)重的局部腐蝕，相比較而言，固溶態(tài)合金以及固溶時(shí)效態(tài)合金因?yàn)榻M織更加均勻，熱處理后的合金表現(xiàn)出相對(duì)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(shí)效態(tài)合金，其腐蝕區(qū)域內(nèi)均有逐漸向縱深發(fā)展的腐蝕趨勢(shì)，其中鑄態(tài)合金的腐蝕區(qū)內(nèi)已形成了腐蝕臺(tái)階。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):對(duì)比分析電化學(xué)腐蝕速率和腐蝕電流密度，發(fā)現(xiàn)固溶