新型生物醫(yī)用Mg-Dy-Sr-Nd-Zr合金及其壓鑄態(tài)的組織與性能研究.pdf

1、生物鎂合金材料憑借其良好的生物相容性、力學相容性及生物可降解性，受到醫(yī)學界及材料界的廣泛關(guān)注，但是降解過程的控制及精密成型等難題限制了其在醫(yī)療領(lǐng)域的臨床應用。近年來，稀土元素成為生物鎂合金材料在合金化方面的研究熱點，含有稀土的W E43醫(yī)用鎂合金同時具有良好的力學性能及耐腐蝕性能。為了開發(fā)出更能適應人體環(huán)境的生物醫(yī)用鎂合金，在WE43合金的基礎(chǔ)上，替換其中稀土元素，選擇了沒有毒性的稀土元素 Dy及生物相容性良好的元素 Sr作為合金化元素

2、。利用金屬模澆鑄制備了Mg-xDy-ySr-2.4Nd-0.5Zr（x=2、6、10；y=0.5、1.5、2）合金，通過光學顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、室溫拉伸試驗、電化學及失重實驗分別分析了不同含量的 Dy以及 Sr元素對生物醫(yī)用鎂合金材料的顯微組織、力學性能以及生物降解性能的影響。針對生物鎂合金塑性差的問題，再對具有良好力學性能及耐腐蝕性能的 Mg-10Dy-0.5Sr-2.4Nd-0.5Zr合金采用壓鑄成型工藝，并對比分析

3、鑄態(tài)及壓鑄態(tài)生物醫(yī)用鎂合金的組織與性能之間的內(nèi)在規(guī)律。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴鑄態(tài)Mg-xDy-ySr-2.4Nd-0.5Zr合金的晶粒呈樹枝狀生長，其平均晶粒尺寸隨著 Dy元素含量的增加發(fā)生明顯細化。Sr元素對生物鎂合金的晶粒尺寸細化效果并不明顯，但是過量的 Sr元素會增加鎂合金偏聚的傾向。鑄態(tài)合金中第二相由Mg2Dy、Mg3Dy、Mg17Sr2、Mg12Nd相組成并沿著晶界析出。Dy元素的增加可以通過固溶強化、細晶強化的作

4、用使鎂合金的力學性能得到提高。然而過量的Sr元素導致鎂合金晶粒分布不均從而產(chǎn)生應力集中，因此鎂合金的力學性能隨著Sr含量的增加反而下降。鑄態(tài)生物醫(yī)用Mg-10Dy-0.5Sr-2.4Nd-0.5Zr合金具有最佳的力學性能，其抗拉強度、屈服強度及延伸率依次為203MPa、128MPa、7.4%。⑵生物醫(yī)用Mg-xDy-ySr-2.4Nd-0.5Zr合金的耐腐蝕性能隨著Dy元素的增加通過細化晶粒得到增強。Mg17Sr2容易與α-Mg相發(fā)生電

5、偶腐蝕，因此鎂合金的腐蝕速率隨著Sr元素含量的增加呈增大的趨勢。鑄態(tài)Mg-10Dy-0.5Sr-2.4Nd-0.5Zr合金在PBS模擬體液中具有最佳的耐腐蝕性能，降解速率為0.58mm/a。⑶壓鑄成型沒有改變Mg-10Dy-0.5Sr-2.4Nd-0.5Zr合金的相組成，但是沿晶界分布的第二相呈細小網(wǎng)格狀分布。壓鑄態(tài)合金的晶粒尺寸明顯細化至18μm，晶粒形態(tài)由樹枝晶向等軸晶轉(zhuǎn)變。晶粒大小不均勻并且合金內(nèi)部的氣孔導致壓鑄態(tài)Mg-10Dy-

6、0.5Sr-2.4Nd-0.5Zr合金的強度降低，但是壓鑄態(tài)鎂合金的拉伸斷口出現(xiàn)大量的韌窩和撕裂棱，并且延伸率增加，說明壓鑄態(tài) Mg-10Dy-0.5Sr-2.4Nd-0.5Zr合金的塑性明顯增強，斷裂類型屬于準解理斷裂。因此，壓鑄成型技術(shù)改善了生物醫(yī)用鎂合金的塑性變形能力。⑷壓鑄態(tài)鎂合金的腐蝕產(chǎn)物溶解速率大于其修復速率，在鎂合金的腐蝕層中沒有形成穩(wěn)定的Mg(OH)2保護膜，極化曲線同樣表明壓鑄態(tài)鎂合金沒有發(fā)生鈍化行為。因此壓鑄成型降低