论文部分内容阅读
镁合金以其与自然骨最为接近的综合力学性能和优异的生物腐蚀降解特性,成为新一代可降解植入材料的典型代表,也成为生物材料研究领域的前沿研究方向。本文基于课题组近十年对Mg-Zn系医用可降解镁合金的探索,通过合金化手段对比研究了合金元素Ca、Zr、Sr和Ag等对Mg-3Zn合金组织结构、力学性能和耐蚀性的影响,探索了合金元素间的协同作用机理,并获得以下研究结果: (1)通过拉伸和压缩实验对Mg-3Zn-0.2Ca(wt.%)(ZX30)、Mg-3Zn-0.8Zr(wt.%)(ZK30)、Mg-3Zn-0.8Zr-0.3Sr(wt.%)(ZKJ300)、Mg-3Zn-0.8Zr-0.3Ca-0.3Ag(wt.%)(ZKXQ3000)四种挤压态合金进行力学性能的比较,发现四种合金的抗压强度均在360MPa左右,而抗拉强度有明显差距,相比ZX30与ZK30合金,ZKJ300与ZKXQ3000合金的抗拉强度提高20%,但塑性降低了26%。通过电化学极化、阻抗以及噪声实验,对比研究了四种合金的电化学腐蚀性能,结果显示,ZK30与ZKXQ3000合金的耐蚀性较优,其自腐蚀电流分别为53.9μm/cm2、42.4μm/cm2,远低于ZX30与ZKJ300合金。 (2)综合前期四种挤压态合金的力学性能及电化学腐蚀行为,选择生物安全性较高的合金元素真空熔炼了Mg-3Zn-0.2Ca-xAg(x=0.1,0.3,0.5,0.7)合金,并进行成分优化及热处理工艺探究。结果显示,Mg-3Zn-0.2Ca-0.3Ag的综合性能最优,其屈服强度、抗拉强度及延伸率分别是277.67MPa、305.33MPa、16.47%,其自腐蚀电位为-1.386V,自腐蚀电流为30.5μm/cm2,远优于其他成分合金。对Mg-3Zn-0.2Ca-0.3Ag合金进行固溶与时效处理,通过显微组织观察及硬度实验发现其最佳的固溶处理条件为340℃均匀化退火48h+400℃固溶2h,最佳的时效处理条件为160℃×84h。 (3)通过失重测试计算五种合金浸泡15天后的腐蚀速率,发现ZK30合金的腐蚀速率最低,相比ZX30合金,其腐蚀速率降低了45%。利用扫描电镜(SEM)及X射线能谱(EDS)探究五种合金各阶段腐蚀产物产生情况及其腐蚀机理,发现ZK30合金在整个浸泡过程中的腐蚀产物均为致密的钙磷颗粒,而其他合金在不同浸泡阶段还出现了杆状、球状等致密性相对较差的腐蚀产物,造成五种合金在浸泡过程中腐蚀行为差异化的主要原因是第二相数量、大小、分布情况以及平均晶粒尺寸大小的不同。