锌基生物医用可降解材料的组织与性能研究

论文摘要

本文采用普通铸造工艺制备了四种不同冷速下的锌镁二元合金Zn-xMg（x=35、40、45、48wt.%）和锌镁钇三元合金Zn-40Mg-xY（x=0.3、0.5、0.7、1.1wt.%）。采用扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和显微硬度测试仪等系统的研究了Zn-Mg合金和Zn-Mg-Y合金的显微组织形貌、物相组成及力学性能随成分和冷速的变化规律:采用模拟体液浸泡腐蚀实验和极化曲线测试研究了锌镁合金和锌镁钇合金的生物学相容性及生物降解性能。对二元合金的研究结果表明,Zn-xMg（x=35、40、45、48wt.%）四种合金都含有MgZn2、Mg2Zn3、MgZn和Mg7Zn3四种相;随着Mg含量的增大,花瓣状强化相MgZn2相逐渐减少,合金硬度下降。分析认为随着冷速的降低,合金棒心部初步产生时效强化,硬度提高。体液浸泡实验结果表明,在浸泡过程中体液的pH值变化趋势是先快速上升后稍有下降再缓慢上升直至基本稳定,其中Zn-40Mg合金的变化最慢,初步说明其抗腐蚀性能相对优良。浸泡过程中合金表面会逐渐形成致密完整的钝化膜,然后钝化膜的破裂与再形成达到动态平衡,直至合金全部变成腐蚀产物。动电位极化曲线显示Zn-40Mg合金的自腐蚀电位最低,进一步说明其抗腐蚀性能最好。对三元合金的研究结果表明,Y元素的加入使合金除了含有与二元合金同样的四种相之外,还出现了含Y的二元或三元相。随着Y含量的增加和冷速的降低,合金初生相MgZn2和Mg2Zn3变得稀少且粗大,基体中的α-Mg固溶体和MgZn相共析团增加,弥散分布的Mg7Zn3相及含Y相数量也逐渐增多且均匀分布,在Zn-40Mg-0.7Y和Zn-40Mg-1.1Y合金中还发现了少量的疑似准晶体的含Y三元相,呈放射性礼花状,并且Zn-Mg-Y合金的硬度逐渐提高。体液浸泡实验结果表明,合金的腐蚀过程与二元合金的相似。Zn-40Mg-0.7Y合金在浸泡过程中体液的pH值变化最为缓慢,动电位极化过程中的自腐蚀电位最低,表明含Y三元合金中,Zn-40Mg-0.7Y合金的抗腐蚀性能最好

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 可降解生物医用材料的研究现状
• 1.2.1 可降解生物医用材料的分类
• 1.2.2 可降解生物医用材料的生物学环境
• 1.2.3 可降解生物医用材料在生物体内的反应类型
• 1.2.4 生物降解材料在临床医学的应用
• 1.3 金属生物医用材料
• 1.3.1 金属生物医用材料的种类
• 1.3.2 生物医学对金属植入材料的要求
• 1.3.3 医用金属材料目前存在的问题
• 1.3.4 新型医用金属材料的研究和发展
• 1.4 镁合金的相关性能及医学应用
• 1.4.1 镁合金的抗腐蚀性
• 1.4.2 镁合金的力学性能
• 1.4.3 镁合金的毒性
• 1.5 锌合金的相关性能及医学应用
• 1.5.1 锌及锌合金的抗腐蚀性
• 1.5.2 锌的毒性
• 1.6 选题意义和主要研究内容
• 第2章 实验用材料和方法
• 2.1 实验用材料
• 2.2 相组成及微观组织分析
• 2.2.1 XRD分析
• 2.2.2 显微组织分析
• 2.3 显微硬度测试
• 2.4 模拟体液浸泡腐蚀实验
• 2.4.1 试样的制备
• 2.4.2 模拟体液的配置
• 2.4.3 试样的浸泡与pH值的测定
• 2.5 电化学腐蚀实验
• 2.5.1 试样的制备
• 2.5.2 溶液的配制
• 2.5.3 极化曲线的测定
• 第3章 成分和冷速对Zn-Mg合金组织和性能的影响
• 3.1 物相分析
• 3.2 成分和冷速对Zn-Mg合金组织的影响
• 3.2.1 成分对合金显微组织的影响
• 3.2.2 冷速对合金显微组织的影响
• 3.3 成分和冷速对Zn-Mg合金显微硬度的影响
• 3.4 成分对Zn-Mg合金腐蚀性能的影响
• 3.4.1 模拟体液浸泡腐蚀
• 3.4.2 电化学腐蚀
• 3.5 本章小结
• 第4章 成分和冷速对Zn-Mg-Y合金组织和性能的影响
• 4.1 物相分析
• 4.2 成分和冷速对Zn-Mg-Y合金组织的影响
• 4.2.1 成分对合金显微组织的影响
• 4.2.2 冷速对合金显微组织的影响
• 4.3 成分和冷速对Zn-Mg-Y合金显微硬度的影响
• 4.4 成分对Zn-Mg-Y合金腐蚀性能的影响
• 4.4.1 模拟体液浸泡腐蚀
• 4.4.2 电化学腐蚀
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢