【摘 要】
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镁合金由于其良好的生物相容性、低密度以及比刚度和比强度高等优异的理化性质已经成为一种新型的生物植入材料,但是其较快的腐蚀速率可能导致材料过早失效,对人体造成二次伤害,因此限制了其实际应用。因此,需要对镁合金进行合金化、热处理以及塑性变形等改性方式改善其性能,使其广泛应用于临床医学。本课题选用Mg-Zn-Zr合金作为基本合金,通过添加不同含量的Sr元素（x=0,0.5,1.0,1.5,2.0wt%）
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（No.51574175）；
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镁合金由于其良好的生物相容性、低密度以及比刚度和比强度高等优异的理化性质已经成为一种新型的生物植入材料,但是其较快的腐蚀速率可能导致材料过早失效,对人体造成二次伤害,因此限制了其实际应用。因此,需要对镁合金进行合金化、热处理以及塑性变形等改性方式改善其性能,使其广泛应用于临床医学。本课题选用Mg-Zn-Zr合金作为基本合金,通过添加不同含量的Sr元素（x=0,0.5,1.0,1.5,2.0wt%）研究Sr对合金腐蚀性能及力学性能的影响。优选出Mg-4Zn-0.4Zr-1.0Sr合金进行固溶处理和热挤压,通过析氢实验、失重实验、电化学实验、拉伸实验以及纳米压痕实验反应了合金的腐蚀行为和力学行为。使用光学显微镜（OM）、扫描显微镜（SEM）、X射线能谱仪（XRD）以及X光电子能谱仪（XPS）表征了合金微观组织及合金表面腐蚀产物成分组成,研究了合金微观结构对其性能的影响。研究结果表明:（1）铸态合金:随着Sr含量的增加,晶界处的长条状Mg17Sr2相逐渐增多,逐渐形成了网状结构。此外,随着Sr含量的增加,合金晶粒尺寸也逐渐减小。合金中Mg7Zn3相和Mg17Sr2相作为电偶腐蚀的阴极,镁合金基体作为阳极形成电偶腐蚀,合金中网状结构的形成有利于形成腐蚀屏障阻碍合金进一步腐蚀。综合失重、析氢以及电化学实验结果,表明铸态Mg-4Zn-0.4Zr-1.0Sr合金具有优异的耐腐蚀性能（失重腐蚀速率为1.141±0.02mm/y）。（2）固溶处理:随着固溶温度（360℃、380℃、400℃和420℃）的升高,合金中Mg7Zn3相和Mg17Sr2相固溶进入基体,大大减少了第二相的数量,相应的减少了合金电偶腐蚀的强度。随着固溶时间（6h、12h、18h和24h）的延长,合金晶粒逐渐长大且析出了含Zr相颗粒。固溶处理提高了合金的耐腐蚀性能,削弱了电偶腐蚀,其中400℃/18h下耐腐蚀性能最好（失重腐蚀速率为0.491±0.031mm/y）。（3）挤压变形:Mg-4Zn-0.4Zr-1.0Sr合金经不同温度（270℃、300℃和330℃）的挤压变形后,合金晶粒明显细化且发生了动态再结晶,合金中第二相主要是Mg7Zn3相和Mg17Sr2相,沿挤压方向呈带状排列。随着挤压温度的升高,第二相数量增加,增强了电偶腐蚀,合金的耐腐蚀性能呈下降趋势。实验结果表明,合金经270℃挤压后,耐腐蚀性最佳（失重腐蚀速率为0.43±0.03mm/y）。（4）力学性能:Mg-4Zn-0.4Zr-1.0Sr合金经270℃挤压之后力学性能得到了提高,抗拉强度和伸长率分别为318MPa和21.46%,纳米压痕硬度和弹性模量分别为0.96GPa和53.697GPa,满足了作为植入材料的性能要求,证实了其作为植入材料的可行性。
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