【摘 要】
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生物镁合金具有与人体相匹配的弹性模量和可吸收的特性,是植入物的理想材料。但是因为生物镁合金腐蚀太快的缘故,极大地限制了其在医疗领域的推广和使用。本文采取离子注入和离子镀膜两种表面处理方式,在WE43合金表面上分别制备纳米级的注入层和微米级的沉积层,系统地探究了不同注入剂量和沉积时间对WE43合金表面形貌与结构、耐腐蚀性和硬度的影响。主要研究内容与结论如下:（1）在WE43合金表面分别注入不同剂量的
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生物镁合金具有与人体相匹配的弹性模量和可吸收的特性,是植入物的理想材料。但是因为生物镁合金腐蚀太快的缘故,极大地限制了其在医疗领域的推广和使用。本文采取离子注入和离子镀膜两种表面处理方式,在WE43合金表面上分别制备纳米级的注入层和微米级的沉积层,系统地探究了不同注入剂量和沉积时间对WE43合金表面形貌与结构、耐腐蚀性和硬度的影响。主要研究内容与结论如下:（1）在WE43合金表面分别注入不同剂量的Fe、Zn、Ti和Zr四种元素后,通过XRD和XPS分析可知,改性层是由Mg、MgO、注入元素及其氧化物组成。对离子注入后的合金进行电化学测试后得出结果,Fe离子注入会恶化基底的耐腐蚀性,且随着注入剂量的增大,合金的腐蚀速率加快;Zn离子的注入剂量为5×1016 ions×cm-2时,合金具有较低的腐蚀电流密度(Icorr),比基底降低了47.2%,耐腐蚀性较好,而其他注入剂量下合金的Icorr值与基底相差不大;Ti离子注入后WE43合金的抗腐蚀能力得到普遍提高,特别是在注入剂量为1×1017 ions×cm-2时,合金具有最小的腐蚀速率,其Icorr值较基底降低两个数量级;Zr离子注入WE43合金后,其Icorr值均小于基底。在注入剂量为5×1016 ions×cm-2时,该合金的Icorr值为1.0mA·cm-2,比基底降低了两个数量级。离子注入后合金的腐蚀速率取决于改性层的致密程度和耐蚀性。疏松多孔的Fe2O3结构使得改性层不够致密,导致微电偶腐蚀而加快腐蚀速率;而Zn、Ti和Zr元素改性后,形成致密且耐腐蚀的改性层,阻碍了基底的腐蚀。此外,由于高能离子注入破坏了WE43合金的原始晶体结构,增大了塑性变性的阻力,强化了基底的表面硬度。（2）在WE43合金表面沉积不同时间的Zn和Ti离子,制备出不同厚度的Zn膜和Ti膜。XRD和XPS结果表明,膜层主要由沉积元素及其氧化物组成。通过SEM观察到镀膜时间对膜层质量具有很大的影响,当沉积时间为800 s时,Zn膜和Ti膜都均为致密,且存在的缺陷较少。膜层的质量与合金的耐腐蚀性存在很大的关联。极化曲线结果表明,沉积800 s后的Zn膜和Ti膜具有最低的Icorr值,分别为34.8mA·cm-2和2.9mA·cm-2;同时,电化学阻抗图也得出一致的结果。在浸泡腐蚀过程中,裂纹优先出现在表面缺陷处,并在其周围形成腐蚀产物的堆积。纳米压痕测试结果表明,Zn、Ti离子沉积前后WE43合金的纳米硬度（HIT）和弹性模量（EIT）具有较大的差别,但是沉积时间对膜层的HIT和EIT值影响不大,表明膜层随厚度增加未改变原子的键合方式。
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