生物醫(yī)用Mg-Zn-Ca合金組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、生物醫(yī)用鎂合金由于其獨(dú)特的性質(zhì)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，一是生物醫(yī)用鎂合金制備工藝的低標(biāo)準(zhǔn)化，目前大多生物醫(yī)用鎂合金的研究制備皆以工業(yè)體系標(biāo)準(zhǔn)為主，如原料使用工業(yè)純合金，熔煉工藝采用覆蓋劑或者氣體保護(hù)并在大氣下澆鑄等。這些合金都不能滿足生物醫(yī)用要求；二是生物醫(yī)用鎂合金改性手段單一，目前使用最多的手段是生物醫(yī)用鎂合金的合金化和表面處理，而熱處理和變形

2、處理等手段都可很好的改善合金性能，但很少見到有在生物醫(yī)用鎂合金中使用的報(bào)道。
　　 為進(jìn)一步探尋和開發(fā)具有臨床實(shí)用價(jià)值的可降解生物醫(yī)用鎂合金，本課題選取具有良好生物相容性的Zn、Ca元素作為合金化元素，通過(guò)真空感應(yīng)純凈化熔煉工藝制備合金，使用熱處理及擠壓變形處理手段對(duì)合金進(jìn)行改性。并對(duì)鑄態(tài)、熱處理態(tài)和擠壓態(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，結(jié)果表明：鑄態(tài)Mg-2.5Zn-XCa合金，隨Ca元素含量的增加，合金的組

3、織晶粒具有先細(xì)化后粗化的變化趨勢(shì)。經(jīng)固溶處理和均勻化退火處理后，合金相組成未發(fā)生變化，但合金組織與第二相形態(tài)卻變化明顯，力學(xué)性能顯著提高。研究發(fā)現(xiàn)Mg-2.5Zn-1Ca合金最佳固溶處理工藝為410℃+16h，最佳均勻化退火工藝為400℃+16h。固溶處理態(tài)合金強(qiáng)度較高，均勻化退火態(tài)合金塑性較好。擠壓變形也可改善合金組織性能，擠壓速率對(duì)Mg-2.5Zn-1Ca合金的成形性能有較大影響：擠壓速率過(guò)快會(huì)在合金表面形成許多周期性裂紋，當(dāng)擠壓速

4、率降至4mm/s時(shí)，擠出棒材成形性良好。當(dāng)擠壓比為5.6時(shí)，合金的原始鑄態(tài)組織基本消失，晶粒呈“擠壓流線”，第二相更加彌散，細(xì)?。唤?jīng)擠壓比7.84變形后晶粒大小較為均勻，晶界處共晶組織及第二相消失，合金發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；經(jīng)擠壓比49變形后，合金發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，但個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)大，晶粒整體有長(zhǎng)大趨勢(shì)。由斷口分析可知，鑄態(tài)Mg-2.5Zn-XCa合金的斷裂是集解理、準(zhǔn)解理及沿晶斷裂為一體的混合型斷裂，固溶處理并未改變合金的斷裂形態(tài)而均勻化