【摘 要】
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可降解生物材料因其植入生物体后能够在体内分解,且产物能够被生物体吸收或排出,因此成为当前生物材料领域的研究热点。锌是人体不可或缺的微量元素之一,参与人体内绝大多数的新陈代谢过程,锌及锌合金因具有良好的生物相容性和适宜腐蚀速率,被认为是21世纪最具潜力的可降解生物材料。锌合金主要存在的不足是其力学性能较差,因此提高锌合金的力学性能成为了医用锌合金走向应用的助推器。本文以Zn-5Al、Zn-1.5Mg
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可降解生物材料因其植入生物体后能够在体内分解,且产物能够被生物体吸收或排出,因此成为当前生物材料领域的研究热点。锌是人体不可或缺的微量元素之一,参与人体内绝大多数的新陈代谢过程,锌及锌合金因具有良好的生物相容性和适宜腐蚀速率,被认为是21世纪最具潜力的可降解生物材料。锌合金主要存在的不足是其力学性能较差,因此提高锌合金的力学性能成为了医用锌合金走向应用的助推器。本文以Zn-5Al、Zn-1.5Mg、Zn-3Al-1Mg合金为研究对象,利用电感耦合等离子直读光谱仪（ICP）、光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）技术对三种合金铸态、均匀化后以及轧制态的微观结构进行了详细表征。通过准静态拉伸、压缩实验究了三种合金的力学性能。通过浸泡腐蚀实验以及电化学实验研究铸态及轧制态合金腐蚀速率,并通过对样品不同浸泡时间的表征初步揭示三种铸态合金的腐蚀机理。研究结果表明:水冷铜模铸造的Zn-5Al合金微观组织为η-Zn相和α-Al相相间的共晶结构;均匀化处理后共晶组织粗化,片层状α-Al相转变为短棒状;轧制后,Zn-5Al合金晶粒尺寸显著降低,α-Al相转变为细小颗粒且均匀分布于n-Zn晶界间。铸态Zn-1.5Mg合金由η-Zn相、Mg2Zn11相和MgZn2相组成;均匀化处理后基体内MgZn2相消失,显微组织变得均匀;轧制变形后的合金枝晶得到细化。Zn-3Al-1Mg合金铸态组织存在η-Zn相、α-Al相、Mg2Zn11相以及Mg2Al3相;均匀化处理后Mg2Al3相消失,η-Zn相和Mg2Zn11相共晶组织形貌已不可分辨,表明了晶界偏析程度降低。随轧制压下量的增加组织得到细化,并观测到部分脆硬相破碎,晶粒沿变形方向呈纤维状分布。三种铸态合金的压缩屈服强度高于300MPa,轧制后三种合金力学性能良好,具有成为骨替代材料的可能性。铸态及轧制态的三种合金在模拟体液浸泡实验中的腐蚀速度最终保持在0.15mm/year左右,均达到了骨修复器械的降解标准。三种铸态合金的电化学实验显示三种锌基医用合金耐蚀性能由高到低依次为:Zn-5Al、Zn-1.5Mg、Zn-3Al-1Mg。通过对腐蚀形貌的观测,发现Zn-5A1合金中共晶组织中的α-Al相首先被腐蚀;Zn-1.5Mg合金中Mg2Zn11相最先腐蚀,η-Zn基体随后被腐蚀;Zn-3Al-1Mg合金中Mg2Zn11优于η-Zn被腐蚀,η-Zn优于α-Al被腐蚀。三种合金晶界处为易腐蚀区域,反应产物为锌的氢氧化物、钙盐及磷酸盐,产物的覆盖使腐蚀速率变小。
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