骨植入用鎂鋅鈣鍶合金的制備及性能研究.pdf

1、鎂合金具有良好的生物相容性、接近于天然骨的彈性模量、可降解性和易于消毒滅菌等優(yōu)點。但是，鎂合金的耐蝕性能、力學(xué)性能和塑性成形能力都較差，本文選用合金化的方法來改善鎂合金的組織、增強其力學(xué)性能和生物相容性。利用OM、SEM、EDS、XRD、室溫拉伸、電化學(xué)和失重等檢測手段，研究了鈣、鍶對鑄態(tài) Mg-Zn-Ca-Sr合金組織以及性能的影響，優(yōu)化出了三種綜合性能較好的鑄態(tài)合金，進行均勻化處理和熱擠壓，研究熱擠壓態(tài) Mg-Zn-Ca-Sr合金的

2、顯微組織、力學(xué)性能和在模擬體液中的耐蝕性能。結(jié)果表明：
　　鑄態(tài) Mg-Zn-Ca-Sr合金主要由α-Mg、Mg2Zn11、Mg2Ca和Mg17Sr2相組成。鈣、鍶主要以第二相的形式分布于鎂合金的晶界處和晶粒內(nèi)部，只有極少量固溶到鎂基體中。隨著鈣、鍶含量增多，鑄態(tài)合金組織中的一次枝晶和二次枝晶軸向尺寸不斷縮減，合金組織逐漸變?yōu)榈容S晶粒，第二相數(shù)量增多，并且晶界處的第二相逐漸形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。鑄態(tài)合金的硬度值、抗壓強度、抗拉強度和

3、伸長率也都逐漸升高，但鑄態(tài)合金的耐蝕性有所降低。
　　由于鈣、鍶在鎂中的固溶度很低，在凝固過程中，鈣、鍶被排擠到固液界面前沿從而產(chǎn)生了較強的成分過冷，再加上這些元素擴散較慢等因素造成鑄態(tài)合金的晶粒趨于等軸化。隨著鈣、鍶含量增多，鑄態(tài)合金力學(xué)性能得到提高的主要原因是細(xì)晶強化、固溶強化和第二相強化的共同作用。在鑄態(tài)合金中作為陰極的第二相與作為陽極的鎂基體形成了大量的電偶腐蝕，降低了鑄態(tài)合金的耐蝕性。
　　在研究鑄態(tài) Mg-Zn-

4、0.1Ca-0.1Sr、Mg-Zn-0.2Ca-0.1Sr、Mg-Zn-0.2Ca-0.3Sr合金組織和性能的基礎(chǔ)上，對這三種合金的均勻化處理和熱擠壓后的組織和性能進行研究。首先確定出均勻化處理的工藝參數(shù)為加熱溫度400℃、保溫時間72h，熱擠壓工藝參數(shù)為擠壓比為26:1、擠壓溫度為340℃、擠壓速度為1m/min。結(jié)果表明，由于在擠壓變形過程中鎂合金發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，造成擠壓態(tài)合金的組織變?yōu)榧?xì)小的等軸晶。當(dāng)鈣、鍶含量較多時，較多數(shù)量的

5、第二相阻礙了晶粒長大使擠壓態(tài)合金的晶粒變得更加細(xì)小，通過細(xì)晶強化、固溶強化、第二相強化和加工硬化的共同作用，使擠壓態(tài)合金的硬度值、抗壓強度、抗拉強度和伸長率得到了提高，但是，大量的晶界發(fā)生腐蝕、大量的電偶腐蝕反應(yīng)、位錯和孿晶等因素使擠壓態(tài)合金的耐蝕性有所降低。
　　與鑄態(tài)合金相比，擠壓態(tài)合金的晶粒尺寸和形狀發(fā)生了明顯細(xì)化，擠壓態(tài)合金的力學(xué)性能和耐蝕性能得到了大幅度提升，其主要原因是擠壓變形使鎂合金發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶、消除了鑄態(tài)組織缺