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生物可降解骨固定用Mg-Zn-Zr合金研究

叶新羽  
【摘要】: 镁合金具备良好的力学性能和生物相容性,同时兼具可生物降解性,因此有望发展成新一代的骨固定材料。但现有的商业镁合金腐蚀速度过快,其耐蚀性有待提高。 本研究制备了Mg-2.5wt%Zn合金和Mg-xwt%Zn-0.5wt%Zr系列合金(x=2.5,3.5,4.5)。通过力学性能测试和体外腐蚀降解试验,分析添加Zr元素以及Zn含量对Mg-Zn-Zr合金性能的影响;并在此基础上选取最优组分的Mg-2.5wt%Zn-0.5wt%Zr合金为基体进行表面处理、制备复合材料,结果表明: 1.添加Zr元素可以显著细化Mg-Zn合金晶粒,提高合金的强度、塑性以及硬度,降低镁合金的体外降解速率。 2. Mg-xwt%Zn-0.5wt%Zr系列合金(x=2.5,3.5,4.5)的抗拉强度和硬度,随着Zn含量的增加有所提高,但塑性和耐蚀性明显下降;其中,Mg-2.5wt%Zn-0.5wt%Zr合金的抗拉极限强度为305 MPa,延伸率达到21.0%,腐蚀电流密度为2.10μA/cm~2,性能优于其他组分Mg-Zn-Zr合金。 3.通过HF酸处理以及β-TCP涂层沉积,在Mg-2.5wt%Zn-0.5wt%Zr合金表面分别形成了0.5μm的MgF_2转化膜以及5μm的β-TCP涂层,合金的耐蚀性显著提高。 4.添加的纳米β-TCP增强体均匀分布于Mg-Zn-Zr合金中,对基体的细化作用明显,镁合金的力学及耐蚀性能得到提高。


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