医用Mg-Zn-Mn-Ca合金组织、力学性能和耐蚀性能

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镁合金作为可降解生物材料吸引了广泛的研究。为了开发出具有良好综合性能的医用镁合金，本文首先研究了镁合金中常用合金化元素的溶血性和细胞毒性并探讨了造成镁合金溶血的机理。在此基础上，设计开发了Ca含量不同的Mg-Zn-Mn-Ca合金。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、电子探针以及电化学分析手段对合金的组织、力学性能以及生物腐蚀性能进行了研究。同时，研究了固溶处理对合金组织、力学性能和生物腐蚀性能的影响。获得如下主要研究结果： 研究结果表明：镁合金中的合金元素Al、Zn、Mn、Ca和Y不会造成溶血现象和细胞毒性。进一步的研究表明，造成溶血的主要原因是镁合金腐蚀降解导致的pH值升高，并且只有当pH值大于10.2时才引起溶血现象。因此，提高镁合金耐蚀性能，控制pH升高是提高镁合金血液相容性的根本途径。 在对铸态Mg-Mn-Zn-Ca合金组织的研究中发现：添加0.3-0.5wt.% Ca可以显著地细化铸态组织。然而，进一步增加Ca含量时，细化效果明显减弱，晶粒尺寸不再发生变化。合金中的第二相组成取决于Zn/Ca原子比：当Zn/Ca大于1.2时，合金由Mg基体和(α-Mg + Ca2Mg6Zn3)共晶相组成；当Zn/Ca小于1.2时，合金由Mg基体、Mg2Ca相和(α-Mg + Ca2Mg6Zn3)共晶相组成。力学性能测试结果显示：随着Ca含量从0.3 wt.%增加到1.0 wt.%，镁合金的屈服强度增加，但抗拉强度和延伸率先增加后减少。研究认为，合金中Mg2Ca相的出现严重的降低了合金的抗拉强度和延伸率。断口分析表明，拉伸过程中应力集中所造成的第二相破碎为裂纹的起源，并会造成沿晶断裂。电化学以及腐蚀失重实验表明，Mg2Ca的形成能够提高镁合金的耐腐蚀性能。 固溶处理研究发现：415oC固溶48小时后，Mg-Mn-Zn-Ca合金中的α-Mg和Ca2Mg6Zn3共晶相几乎完全固溶入基体，从而提高了合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率。然而，含1.0wt.%Ca合金中的Mg2Ca相几乎完全残留，只发生了形貌上的变化，因此含1.0wt.%Ca合金的抗拉强度和塑性仍然较差。由于固溶处理减少了镁合金中作为阴极相的Ca2Mg6Zn3相含量，因此提高了合金的耐腐蚀性能。

bxj2009

生物医用材料需要注意的问题还真不少