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镁合金在模拟人体体液中腐蚀行为的研究

作　者: 张晓
导　师: 梁敏洁
学　校: 中北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: AZ80合金 AZ80+1Nd合金腐蚀模拟人体体液 PH值
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

近年来，随着医用材料需求增加，生物可降解材料发展迅速。镁合金是人体新陈代谢必需元素，具备良好的生物相容性，同时还满足生物材料力学性能条件，目前已经发展为最具潜力的生物可降解材料。但是镁化学性质活泼导致其耐蚀性能很差，作为可降解材料使用会因腐蚀过快而使得植入器械提前失效。在AZ系列商用镁合金研究较为成熟的基础上，可将其应用于生物可降解镁合金研究。本课题的研究对象为AZ80以及含稀土的AZ80+1Nd镁合金。本文研究了不同热处理工艺下的两种合金在模拟人体体液中的腐蚀，得出热处理对两种合金腐蚀的影响规律；研究了不同PH值的模拟人体体液对两种合金腐蚀性能的影响；研究了模拟人体体液中各个离子对合金耐蚀性的影响。通过浸泡析氢实验、浸泡失重实验以及电化学实验研究合金在模拟人体体液中的腐蚀规律；通过对腐蚀的宏观照片和微观照片分析，研究其腐蚀形貌变化以及腐蚀类型；用XRD进行腐蚀产物分析。结果表明：固溶处理后的AZ80以及AZ80+1Nd合金耐蚀性最差，固溶+时效处理后耐蚀性随时效时间的延长，呈先增强后减弱的趋势。由于Nd的加入生成较为稳定的AlNd和Al2Nd相，使得AZ80+1Nd合金耐蚀能好于AZ80合金。电化学实验表明，热处理更易影响镁合金阳极溶解反应。实验得出了AZ80+1Nd合金的平均腐蚀速度和析氢量变化很小，固溶+36h时效处理后的析氢量仅有2.8ml，浸泡5天后的平均腐蚀速度为0.0433mg/cm2day，可期望用于生物可降解镁合金的进一步研究。形貌观察显示两种合金的腐蚀类型均为点蚀和丝状腐蚀。XRD分析两种合金主要腐蚀产物为Mg(OH)2，其余的腐蚀产物还有Mg3(PO4)2、MgS2O7以及MgCO3等。铸态AZ80和AZ80+1Nd合金在不同PH值的模拟人体体液中腐蚀后，浸泡析氢和失重实验表明PH值与两种合金腐蚀速度呈反比，即PH值升高，腐蚀速度降低。电化学分析可得，随着PH值增大，自腐蚀电位逐渐增大，自腐蚀电流密度逐渐减小，两合金腐蚀速度减小。由铸态AZ80和AZ80+1Nd合金在不同离子的溶液中腐蚀情况可得， Cl‐和SO2‐4离子对两合金腐蚀起到加速作用，HPO42-、H2PO4-、HCO3-和葡萄糖起到缓蚀作用，其中HPO42-与H2PO‐4离子缓蚀更明显。形貌观察显示两合金腐蚀类型均为点蚀和丝状腐蚀，主要的腐蚀产物为Mg(OH)2。同时发现含HPO42-与H2PO4-离子的溶液中产生了具有保护性作用的Mg3(PO4)2，含HCO3-离子溶液中形成少量MgCO3，而葡萄糖未直接参与腐蚀产物形成。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-22
  1.1 引言  11
  1.2 医用金属植入材料简介  11-13
    1.2.1 医用不锈钢  12
    1.2.2 Co 基合金  12-13
    1.2.3 Ti 基合金  13
    1.2.4 其他医用金属植入材料  13
  1.3 镁合金作为生物可降解材料的研究  13-15
    1.3.1 生物可降解镁合金的优势和存在问题  14
    1.3.2 生物可降解镁合金的材料的发展  14-15
  1.4 镁合金的腐蚀性能研究  15-20
    1.4.1 镁合金的腐蚀机理  15-16
    1.4.2 镁合金腐蚀类型  16-18
    1.4.3 提高镁合金耐蚀性能的途径  18-20
  1.5 本课题的研究意义  20-21
  1.6 本课题主要研究内容  21-22
2 实验材料及方法  22-29
  2.1 实验材料  22-23
  2.2 显微组织与形貌分析方法  23
    2.2.1 金相制备  23
    2.2.2 扫描电镜分析  23
    2.2.3 X 射线衍射分析  23
  2.3 热处理实验方法  23-24
  2.4 硬度试验  24
  2.5 溶液的配置  24-25
  2.6 腐蚀速度测试实验  25-26
    2.6.1 试样的制备  25
    2.6.2 浸泡析氢实验  25-26
    2.6.3 浸泡失重实验  26
  2.7 电化学腐蚀实验  26-28
    2.7.1 试样的制备  26-27
    2.7.2 开路电位测试  27
    2.7.3 极化曲线测试  27-28
  2.8 实验技术路线  28-29
3 热处理对 AZ80 以及 AZ80+1Nd 在模拟人体体液中的腐蚀性能的影响  29-46
  3.1 引言  29
  3.2 热处理对镁合金显微组织以及硬度的影响  29-33
  3.3 AZ80 以及 AZ80+1Nd 合金在模拟人体体液中的腐蚀性能研究  33-44
    3.3.1 腐蚀速度测试实验  33-37
    3.3.2 形貌与产物分析  37-41
    3.3.3 电化学腐蚀实验  41-44
  3.4 本章小结  44-46
4 PH 值对 AZ80 以及 AZ80+1Nd 在模拟人体体液中的腐蚀性能的影响  46-52
  4.1 引言  46-47
  4.2 腐蚀速度测试实验  47-50
    4.2.1 浸泡析氢  47
    4.2.2 浸泡失重  47-48
    4.2.3 宏观形貌分析  48-50
  4.3 电化学腐蚀实验  50-51
  4.4 本章小结  51-52
5 模拟人体体液中各成分对 AZ80 以及 AZ80+1Nd 合金腐蚀性能的影响  52-65
  5.1 引言  52
  5.2 腐蚀速度测试实验  52-57
    5.2.1 浸泡失重  52-55
    5.2.2 浸泡析氢  55-57
  5.3 形貌与产物分析  57-62
  5.4 电化学腐蚀实验  62-64
    5.4.1 开路电位测试  62-63
    5.4.2 极化曲线测试  63-64
  5.5 本章小结  64-65
6 结论  65-66
参考文献  66-71
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  71-72
致谢  72-73

镁合金在模拟人体体液中腐蚀行为的研究

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