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WE43镁合金微管成形及医用力学改性研究

作　者: 林生岭
导　师: 丁雨田
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 镁合金细晶强化多道次挤压力学性能腐蚀
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

镁合金作为生物医用材料具有良好的力学相容性、生物相容性,具备高分子材料所不具有的机械性能;具有优于钴铬合金,镍钛合金,不锈钢的生物相容性;同时镁合金可生物降解,是理想的生物医用可降解材料。如何改善镁合金的塑性及提高其耐腐蚀性是现阶段镁合金作为生物医用材料的研究热点。镁合金微细管的成形关系着镁合金心血管支架制备的成功与否。本文从细晶强化角度出发,以WE43(Mg-4.2Y-2.4Nd-0.6Ce(La)-0.5Zr)作为研究对象,研究镁合金微细管的成形工艺,在微细管成形的同时改善合金的塑性及耐蚀性。采用真空电磁感应熔炼的方式对合金进行熔炼,以实现材料的均匀熔炼;通过多道次挤压方式实现镁合金微细管的成形。比较了不同状态下WE43合金的显微组织结构;通过拉伸实验比较了铸态及挤压棒的力学性能,通过浸泡实验比较了铸态、一次挤压态及二次挤压态的耐腐蚀性能。浸泡实验主要是通过在各个时间节点溶液pH值和平均腐蚀速率的测定来评定镁合金耐蚀性能。采用合理的挤压工艺参数,能够得到尺寸精度高,表面质量较好,壁厚均匀,无裂纹、分层的镁合金微细管。经过多道次挤压能有效的细化镁合金的微观组织,经二次挤压后合金组织发生了完全动态再结晶,晶粒进一步得到细化,得到大小均匀的等轴晶,晶粒尺寸小于10μm。通过拉伸实验得出,WE43镁合金经挤压变形后塑性得到极大改善,合金的抗拉强度高于铸态的抗拉强度为261 Mpa;延伸率为11.7%,而铸态的延伸率仅为6%。通过浸泡实验发现,经过二次挤压后合金的耐蚀性进一步得到提高,更能满足作为生物医用的要求。微细管的成形工艺,能够在提升镁合金塑性成形能力的同时提高支架的医用力学性能和耐腐蚀性能,为镁合金作为生物医用支架材料作必要的准备,为可降解生物镁合金的临床应用提供理论依据。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-22
  1.1 引言  11
  1.2 心血管支架的发展历程  11-14
    1.2.1 金属裸支架  11-12
    1.2.2 药物洗脱支架  12
    1.2.3 生物可降解心血管支架  12-14
  1.3 理想的心血管支架及支架类型  14-15
    1.3.1 理想的心血管支架  14-15
    1.3.2 支架类型  15
  1.4 可生物降解镁合金支架存在的问题  15
  1.5 可生物降解镁合金耐蚀性及塑性的改善  15-17
    1.5.1 表面改性  15-16
    1.5.2 大块非晶合金的生物医用  16-17
    1.5.3 细晶强化  17
  1.6 镁合金的细晶强化  17-21
    1.6.1 稀土元素的添加  17-18
    1.6.2 镁合金的塑性加工技术  18-21
  1.7 本课题主要研究内容  21-22
第2章实验材料、设备及方法  22-29
  2.1 实验流程  22-23
  2.2 实验材料  23-24
    2.2.1 镁合金熔炼原材料  23
    2.2.2 腐蚀试验所用试剂  23-24
  2.3 实验仪器及设备  24-26
    2.3.1 合金的熔炼及挤压设备  24-25
    2.3.2 挤压温度测试  25-26
    2.3.3 腐蚀试验所用仪器及设备  26
    2.3.4 材料显微组织分析设备  26
  2.4 实验方法  26-29
    2.4.1 合金的熔炼  26
    2.4.2 合金的热处理工艺  26-27
    2.4.3 组织形貌分析  27
    2.4.4 生物力学性能测试  27-28
    2.4.5 浸泡实验  28-29
第3章 WE43 镁合金棒材挤压工艺  29-39
  3.1 合金的选择  29-30
    3.1.1 不同成分合金铸态的显微组织  29-30
    3.1.2 不同成分合金铸态的力学性能  30
  3.2 WE43 镁合金棒材挤压工艺参数  30-32
    3.2.1 挤压温度  30-31
    3.2.2 模具温度  31
    3.2.3 挤压速度  31
    3.2.4 润滑剂  31-32
  3.3 模具设计  32-33
  3.4 试验过程  33-34
  3.5 试验结果及分析  34-37
    3.5.1 微观组织分析  34-36
    3.5.2 WE43 挤压前后的力学性能  36-37
    3.5.3 WE43 合金铸态、T6 热处理及挤压态的拉伸断口  37
  3.6 本章小结  37-39
第4章 WE43 镁合金微管成形工艺  39-46
  4.1 坯料的制备  39
  4.2 镁合金管材挤压工艺  39-40
    4.2.1 预挤压  39
    4.2.2 加热方式  39
    4.2.3 挤压温度  39-40
    4.2.4 挤压速度  40
  4.3 模具设计  40-42
  4.4 实验过程  42
  4.5 实验结果  42-44
  4.6 微观组织分析  44-45
  4.7 本章小结  45-46
第5章镁合金的医用改性效果评估  46-52
  5.1 浸泡过程 PH 值及腐蚀速度的比较  46-47
  5.2 铸态镁合金腐蚀形貌变化过程  47-48
  5.3 挤压态镁合金腐蚀形貌  48-50
  5.4 本章小结  50-52
结论  52-54
参考文献  54-57
致谢  57

WE43镁合金微管成形及医用力学改性研究

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