生物医用Mg-Sn-Mn合金的显微组织及性能研究

论文摘要

目前大规模使用的生物医用材料镁合金有AZ31、WE43等。Al可能引起透析性脑病综合征、老年性痴呆等一些退行性神经疾病,被认为是一种非必需性的低毒微量元素。据报道,Mg-Zn系镁合金溶血率往往偏高,不适合用作与血液直接接触的生物植入材料。我们开发出一种兼具无毒、可控降解和高强韧优点的新型生物医用Mg-Sn-Mn系镁合金材料,并采用光学显微镜、XRD、万能拉伸试验机、电化学工作站及SEM对其显微组织、相组成、力学性能和耐蚀性进行了分析和测试。研究结果表明：轧制态合金的组织比铸态及固溶态合金更加均匀且晶粒更细小。铸态合金由a-Mg,MgSn2和MnSn2三相组成。合金经过固溶热处理后,第二相溶解到基体中,固溶态合金只有单相过饱和α-Mg固溶体存在。轧制后合金中的第二相又重新析出,仍由a-Mg, Mg2Sn和MnSn2三相组成。通过对合金在相同温度下保温不同时间后的相成分及综合力学性能结果进行分析,得出Mg-Sn-Mn系合金的最佳热处理工艺为：固溶温度为450℃、保温时间为24h,出炉后水淬。由于晶粒的长大及增强相Mg2Sn的溶解,导致固溶态合金相对铸态合金的综合力学性能有所下降。轧制态合金的综合力学性能最好,显微硬度在52-72之间,抗拉强度在200 Mpa左右,延伸率达到20%。主要是因为轧制过程中的动态再结晶以及第二相的弥散强化作用。三种状态下合金的耐蚀性由好到坏的顺序依次是：轧制态、固溶态、铸态。铸态合金中的偏析导致其耐蚀性最差；固溶态合金由于晶界面积减小、第二相的消失致使电流密度减小；轧制后合金的晶粒更加细小,第二相分布更加均匀使得其耐蚀性能最好。TM30合金的溶血率满足生物医用材料的要求值（小于5%）,三种状态下TM30镁合金的吸光度值不断地下降,但下降趋势较为平缓。三种不同状态TM30合金的吸光度值都大于0.1,表明三种状态下合金都未发生明显的血液凝固。抗凝血性能最好的是铸态TM30镁合金,经过对比不同合金在不同状态下的综合性能,发现Mg-3Sn-0.5Mn在轧制处理后,其综合力学性能和耐腐蚀性能最好,有望成为新型的可降解血管支架材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 镁合金在医学上的应用现状
• 1.2.1 骨组织支架
• 1.2.2 血管内支架
• 1.3 镁合金腐蚀影响因素及腐蚀类型
• 1.3.1 镁合金腐蚀影响因素
• 1.3.2 镁合金的腐蚀类型
• 1.4 镁合金的热处理
• 1.5 镁合金的变形
• 1.5.1 锻造
• 1.5.2 挤压
• 1.5.3 轧制
• 1.6 研究内容
• 第2章 材料的制备与研究方法
• 2.1 材料的制备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 合金的制备及熔炼
• 2.1.3 合金的热处理
• 2.1.4 合金的轧制处理
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 镁合金实际成分测定
• 2.2.2 金相组织观察
• 2.2.3 显微硬度测试
• 2.2.4 力学性能测试
• 2.2.5 极化曲线测试
• 2.2.6 血液相容性试验方法
• 2.2.7 主要分析测试设备
• 2.3 实验研究的技术路线
• 2.4 本章小结
• 第3章 铸态合金的显微组织及性能
• 3.1 Sn和Mn含量对铸态镁合金显微组织的影响
• 3.2 铸态合金的力学性能
• 3.2.1 铸态合金的维氏硬度
• 3.2.2 铸态合金的拉伸性能
• 3.2.3 铸态合金拉伸断口形貌观察及分析
• 3.3 铸态合金在模拟体液中的腐蚀行为
• 3.3.1 极化曲线
• 3.3.2 电化学腐蚀后的表面形貌
• 3.4 本章小结
• 第4章 固溶热处理对合金显微组织及性能的影响
• 4.1 固溶热处理工艺的选择
• 4.2 固溶热处理对合金显微组织的影响
• 4.3 固溶热处理对合金力学性能的影响
• 4.3.1 固溶热处理对合金维氏硬度的影响
• 4.3.2 固溶热处理对合金拉伸性能的影响
• 4.3.3 固溶处理后拉伸断口形貌观察及分析
• 4.4 固溶热处理对合金腐蚀性能的影响
• 4.4.1 极化曲线
• 4.4.2 电化学腐蚀后的表面形貌
• 4.5 本章小结
• 第5章 轧制对合金的显微组织及性能的影响
• 5.1 轧制工艺
• 5.2 轧制对合金组织的影响
• 5.3 轧制对合金力学性能的影响
• 5.3.1 轧制态合金的维氏硬度
• 5.3.2 轧制对合金拉伸性能的影响
• 5.3.3 轧制态合金拉伸断口形貌观察及分析
• 5.4 轧制态合金在模拟体液中的腐蚀行为
• 5.4.1 极化曲线
• 5.4.2 电化学腐蚀后的表面形貌
• 5.5 镁合金的血液相容性研究
• 5.5.1 溶血性研究
• 5.5.2 抗凝血性能研究
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢