【摘 要】
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镁及其合金具有优异的生物降解能力、良好的生物相容性,受到越来越多研究者的关注。在人体环境中,镁及镁合金在生理条件下腐蚀过快;患处植入支架,未愈合前易松动或解体。另外,由于局部和不均匀降解,导致局部应力集中与机械强度下降,从而使植入支架在预期服役寿命内发生断裂。因此,如何提高镁合金支架在人体体液环境下的机械支撑能力、耐腐蚀性能以及改善不均匀腐蚀显得尤其重要。本论文从支架基体材料选择问题出发,研究不同
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镁及其合金具有优异的生物降解能力、良好的生物相容性,受到越来越多研究者的关注。在人体环境中,镁及镁合金在生理条件下腐蚀过快;患处植入支架,未愈合前易松动或解体。另外,由于局部和不均匀降解,导致局部应力集中与机械强度下降,从而使植入支架在预期服役寿命内发生断裂。因此,如何提高镁合金支架在人体体液环境下的机械支撑能力、耐腐蚀性能以及改善不均匀腐蚀显得尤其重要。本论文从支架基体材料选择问题出发,研究不同浓度的Zr元素对Mg-2.5Zn-2Y合金组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。通过OM、SEM、XRD、室温拉伸、电化学性能测试、浸泡实验等手段,分析了四种Mg-2.5Zn-2Y-x Zr（x=0,0.3,0.6,0.9 wt.%）合金的显微组织结构、力学性能和耐腐蚀性能。在此基础上,对铸态Mg-2.5Zn-2Y-0.6Zr合金进行500℃条件下均匀化处理,探究均匀化处理时间对合金的性能影响。再对均匀化处理500℃-24 h Mg-2.5Zn-2Y-0.6Zr合金进行轧制加工,对合金的力学性能和耐腐蚀性能进一步提高。研究发现Zr元素的添加,能够显著细化Mg-2.5Zn-2Y-x Zr（x=0,0.3,0.6,0.9 wt.%）合金的平均晶粒尺寸,其细化机制为异质形核。当Zr元素含量不超过0.6 wt.%时,合金的强度和耐腐蚀性能随着Zr元素含量而升高。随着Zr含量的进一步增加,反而会恶化合金的耐腐蚀性能。取铸态Mg-2.5Zn-2Y-0.6Zr合金经均匀化处理,经均匀化处理后合金的耐蚀性比铸态时有提升,处理时间为24 h合金的具有最佳的耐腐蚀性能。当热处理时间大于24 h,反而减弱了合金抗侵蚀能力。均匀化处理时间增加使合金更均质,第二相溶入基体,但平均晶粒尺寸也随着热处理时间增加而增加,成分均匀化与平均晶粒尺寸增大并非协同增强。经轧制加工处理后,Mg-2.5Zn-2Y-0.6Zr合金晶粒明显细化,组织更加均匀,晶粒细化程度随变形率的增加而提高。轧制合金的强度、塑性、耐腐蚀性能都有所提高,断裂方式也由脆性断裂转变为韧性断裂。其中变形率为60%的轧制合金提升最为明显,与铸态Mg-2.5Zn-2Y-0.6Zr合金相比,抗拉强度提高了126.93 MPa,延伸率提高了6.5%,硬度提升了16.3 HV,腐蚀电位正移0.147 V。轧制Mg-2.5Zn-2Y-0.6Zr合金的细胞毒性评级为0级,已达到生物植入器械要求。
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