【摘 要】
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与传统的骨植入材料相比,纯镁及镁合金的弹性模量和密度与人骨最为相近,其作为骨植入材料不会在人体产生应力屏蔽效应。此外,纯镁及镁合金也有着体内可降解,良好的生物相容性与可促进骨生长等优势,使其在作为骨植入如骨钉,骨板等有着巨大的应用前景。相对于镁合金来言,纯镁特别是高纯镁(wt.%>99.98)杂质含量少且不存在第二相,降低了镁基体中发生电偶腐蚀的概率。但是高纯镁的强度较低,塑性较差,不能够满足骨植
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与传统的骨植入材料相比,纯镁及镁合金的弹性模量和密度与人骨最为相近,其作为骨植入材料不会在人体产生应力屏蔽效应。此外,纯镁及镁合金也有着体内可降解,良好的生物相容性与可促进骨生长等优势,使其在作为骨植入如骨钉,骨板等有着巨大的应用前景。相对于镁合金来言,纯镁特别是高纯镁(wt.%>99.98)杂质含量少且不存在第二相,降低了镁基体中发生电偶腐蚀的概率。但是高纯镁的强度较低,塑性较差,不能够满足骨植入材料在人体内的服役要求。因此通过合理的加工方式来生产出强韧性可匹配同时兼具良好的耐蚀性能的高纯镁很有意义。本文以高纯镁(99.99 wt.%)为原材料,通过孔型轧制与二次挤压技术对其进行加工从而获得细晶骨植入用高纯镁材料。主要研究结果如下:孔型轧制和二次挤压两种加工工艺都可以细化晶粒,不同的是晶粒的细化程度及晶粒的细化机制有所不同。通过孔型轧制工艺,高纯镁的平均晶粒尺寸由30.1μm被细化至4.3μm,晶粒尺寸分布均匀。而二次挤压工艺加工的高纯镁晶粒的细化程度要显著低于孔型轧制试样,晶粒被细化至9.2μm。两种加工方式高纯镁的结晶方式不同导致了高纯镁的晶粒细化程度不同,孔型轧制试样的晶粒细化来源为非连续动态再结晶,二次挤压试样的晶粒细化来源为连续动态再结晶。高纯镁试样经两种加工方式加工后的织构类型均为基面织构,孔型轧制试样的织构分布较为随机,其织构类型为(0001)<0 0>与(0001)<0>两种,最低织构强度为7.9;二次挤压试样织构分布较为集中,织构成分仅包含(0001)<0 0>一种,织构强度最低为9.4。孔型轧制过程中材料变形时主轴的不断交替导致晶粒的c轴由ND到TD的偏转是造成孔型轧制试样织构随机化的主要原因。对两种工艺的试样进行了拉伸性能与耐蚀性能的研究。拉伸试验结果显示两种试样的断后伸长率与抗拉强度均得到了提高。二次挤压试样的抗拉强度最大达到190.6±3.5 MPa,断后伸长率为21.1±0.5%;孔型轧制试样的抗拉强度最高达到213.8±7.1 MPa,断后伸长率为23.5±2.1%。两种工艺试样抗拉强度提升的主要贡献均为细晶强化,不同的是由于二次挤压试样织构强度高,导致其加工硬化现象较孔型轧制试样明显。腐蚀试验结果显示不同加工工艺后高纯镁耐蚀性能均得到提升。孔型轧制试样中275°C轧制时试样的耐蚀性能最好,腐蚀速率由初始试样的1.71 mg cm-2 h-1降低至0.29 mg cm-2 h-1,孔型轧制试样耐蚀性能提升的原因是晶粒细化组织较为均匀,同时晶体缺陷密度降低;而二次挤压试样因为其非平衡晶界数量较少,并且具有较强的基面织构,其耐蚀性能要优于孔型轧制试样,在260°C挤压时试样的腐蚀速率为0.24 mg cm-2 h-1。
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