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血管支架用锌镁基合金微细管材制备及性能表征

孙树立  
【摘要】:冠状动脉支架植入术是一种治疗冠状动脉粥样硬化的一种方式,由于可降解生物医用金属材料本身具有优良的力学性能及合适的耐腐蚀性能,引发了广大研究者的兴趣。过去很长一段时间研究者对镁及其合金和铁及其合金研究较多,但是镁及其合金降解过快,支架未能满足服役任务就己经失去力学性能完整性;铁及其合金降解过慢,会引发类似惰性金属的问题。锌的标准电极电位介于镁和铁之间,理论上来说,锌具有更合适的耐腐蚀性能,所以吸引了广大研究者的兴趣。纯锌力学性能差,限制了其作为生物材料的发展;另外锌是密排六方结构,滑移系少,塑性变形能力差,所以提升锌的力学性能,制备出符合临床上需要的薄壁,细长且壁厚分布均匀的微细管材是急需解决的问题。本文采用热挤压+多道次长芯轴拉拔制备血管支架用锌合金微细管材。合金成分选用Zn-1.5Mg和Zn-1.5Mg-0.2Nd合金。利用金相显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)对铸态合金及管材进行显微组织分析,研究管材加工过程中的组织变化;通过拉伸试验,硬度测试对管材力学性能进行表征;采用电化学,失重试验对管材耐腐蚀性能进行表征。研究表明:铸态Zn-1.5Mg合金组织由锌固溶体和少量分布在晶界处的Mg2Zn11相组成;铸态Zn-1.5Mg-0.2Nd合金组织由锌的固溶体、Mg2Zn11相和NdZn11相组成,Mg2Zn11相分布在晶界处,少量NdZn11相在基体和晶界处。铸态Zn-1.5Mg铸态合金在330℃下热处理3d后,晶界处的Mg2Zn11相固溶到基体中去,组织为等轴晶;Zn-1.5Mg-0.2Nd铸态合金在330℃下热处理4d,合金组织为锌的固溶体、Mg2Zn11相和NdZn11相,第二相尺寸减小,数量明显减少。Zn-1.5Mg合金在热挤压过程中发生完全动态再结晶,经过热挤压之后,晶粒明显细化,在金相组织中没有观察到明显的第二相存在;挤压温度越高,管坯晶粒越粗大:Zn-1.5Mg-0.2Nd合金经过热挤压之后,晶粒尺寸明显变小,Mg2Zn11相在挤压过程中破碎,沿着挤压流变方向分布,镁元素在挤压过程中析出,导致Mg2Zn11相数量明显增多,尺寸增大。Zn-1.5Mg合金再结晶温度高于室温,Zn1.5Mg-0.2Nd合金在室温下就可以发生再结晶;拉拔态Zn-1.5Mg合金管材的金相组织为包含畸变组织的等轴晶,Zn-1.5Mg-0.2Nd管材的金相组织为锌的固溶体、Mg2Zn11相和NdZn11相。不同加工参数下得到的Zn-1.5Mg微管力学性能各不相同,力学性能最好的微细管材抗拉强度可以达到217.03MPa,延伸率达到25.4%。φ2.44mmZn-1.5Mg-0.2Nd合金微管抗拉强度达到271.6MPa,延伸率达到10.1%。通过对Zn-1.5Mg-0.2Nd管材进行电化学测试,失重测试可以发现锌合金管材具有良好的耐腐蚀性能。φ2.44mmZn-1.5Mg-0.2Nd管材在SBF中浸泡14d(天),浸泡期间微细管材呈现出均匀腐蚀,没有出现明显的足以影响管材力学性能的点蚀坑。


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