微量锆元素对Mg-1.2Zn合金组织、性能的影响的研究方法技术

本发明专利技术属于骨植入金属材料技术领域，具体为微量锆元素对Mg

【技术实现步骤摘要】
微量锆元素对Mg
‑
1.2Zn合金组织、性能的影响的研究方法


[0001]本专利技术涉及骨植入金属材料
，具体为微量锆元素对Mg
‑
1.2Zn合金组织、性能的影响的研究方法。

技术介绍

[0002]现今，在医学应用骨植入金属材料领域，研究开发镁合金被视为一个重要的研究方向。与现有的其它得到普遍应用的诸如不锈钢、钛合金和钴铬合金相比，镁合金具有很多的优点，例如：因镁合金在植入体内可降解，对病患进行手术后，无需对病患再进行二次手术，同时，也消除了应力遮挡效应，以及由于释放的镁元素被人体吸收而能促进新骨的形成和生长等。尽管如此，镁合金在体内环境中初始的降解速率还是相当快的。因此，需要开发新型的镁合金生物材料，使其具有足够好的力学性能和温和的降解性能。其中，温和的降解性能是为了保证其降解速率与骨愈合速率相匹配。同时，该合金还需具有足够的力学性能，即高的力学强度和好的延展性，以为植入部位提供足够的力学支撑。此外，合金要想作为骨植入材料成功的得到应用，还需具备完全的生物安全性和良好的生物相容性。
[0003]为了满足上述几点要求，合金元素的选择就显得非常重要。文献报导，在镁合金中加入锌元素，可以通过固溶强化和时效硬化作用来改善合金的力学强度和降解性能。此外，从生物学的观点来看，锌元素在人体内参与了多项生物功能的进行，所以用于人体是安全的。Mg
‑
Zn合金虽然具有良好的生物相容性，但是由于晶粒粗大，其具有的力学性能和降解性能并不尽如人意。众所周知，锆元素经常被用来添加在镁合金中细化晶粒，并且因此提高合金的力学性能和克服有害的合金的腐蚀作用。已有的文献报导，锆元素在Mg
‑
Zn
‑
Zr合金中具有良好的生物相容性，并且已在钛合金等医用金属材料中得到使用。因此，除了锌元素以外，在本专利技术中锆元素被作为合金化元素用于镁合金生物材料的开发研究。此外，在还使用了热挤压工艺。这是由于热挤压工艺是一种简单的方法，它与表面处理及其它方法相比，不会向合金中引入有害的物质，并且通过使用这种简易的工艺能制备出具有更好的微观组织的镁合金。
[0004]基于上述我们提出微量锆元素对Mg
‑
1.2Zn合金组织、性能的影响的研究方法。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术的目的是提供微量锆元素对Mg
‑
1.2Zn合金组织、性能的影响的研究方法，通过向纯镁中添加微量的合金化元素(Zn 1.2wt.％，Zr 0.35wt.％)，分别制备了名义成分为Mg
‑
1.2Zn和Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr的铸态可降解镁合金骨植入材料，并对其进行了热
挤压变形；以Mg
‑
1.2Zn合金作为参照，对铸态和挤压态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr合金的微观结构、力学性能和降解性能进行分析，以确定微量锆元素的添加和热挤压工艺对Mg
‑
1.2Zn合金组织、力学性能和降解性能的影响。
[0008]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
[0009]微量锆元素对Mg
‑
1.2Zn合金组织、性能的影响的研究方法，其包括如下步骤：
[0010]步骤1：合金的元素组成及金相分析，通过对铸态Mg
‑
1.2Zn、挤压态Mg
‑
1.2Zn、铸态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr和挤压态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr合金的金相照片进行分析，铸态Mg
‑
1.2Zn、挤压态Mg
‑
1.2Zn、铸态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr和挤压态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr合金的晶粒平均尺寸分别为107,30,72和10μm；
[0011]步骤2：合金的力学性能分析，铸态Mg
‑
1.2Zn合金由于晶粒粗糙表现出最差的拉伸强度，仅为130MPa左右。通过向铸态Mg
‑
1.2Zn合金中添加Zr元素并进行热挤压后，其力学性能得到明显改善；
[0012]步骤3：电化学分析，铸态Mg
‑
1.2Zn、挤压态Mg
‑
1.2Zn、铸态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr和挤压态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr合金的腐蚀电位值没有大的差别；但是，与铸态Mg
‑
1.2Zn的腐蚀电流值相比，加入锆元素后，即铸态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr的腐蚀电流减小了4.547
×
10
‑4A；与铸态Mg
‑
1.2Zn的腐蚀电流值相比，经热挤压变形后，即挤压态Mg
‑
1.2Zn的腐蚀电流减小了1.736
×
10
‑4A；挤压态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr合金具有最大的腐蚀电位值
‑
1.739V和最小的腐蚀电流值7.529
×
10
‑5A，这说明通过向铸态Mg
‑
1.2Zn合金添加锆元素并进行热挤压变形，使合金的降解性能得到了一定程度的提高；
[0013]步骤4：浸泡实验分析，在浸泡实验的初始，四种合金的降解速率相似；随着浸泡时间的增长，与铸态Mg
‑
1.2Zn合金的降解速率相比，挤压态Mg
‑
1.2Zn和铸态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr合金的降解速率较慢，挤压态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr合金的降解速率最慢。
[0014]作为本专利技术所述的微量锆元素对Mg
‑
1.2Zn合金组织、性能的影响的研究方法的一种优选方案，其中：所述步骤1中，经过热挤压变形，铸态合金的晶粒被挤碎，得到了明显的细化；此外，通过对合金平行挤压方向的金相照片进行分析，可以发现有大量的动态再结晶晶粒形成；动态再结晶行为的发生也对组织的细化起到了重要的作用；在动态再结晶的过程中，合金的第二相被挤碎，并沿着挤压方向分布，这些第二相同时也能够抑制再结晶晶粒的长大，与铸态Mg<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微量锆元素对Mg
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1.2Zn合金组织、性能的影响的研究方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：合金的元素组成及金相分析，通过对铸态Mg
‑
1.2Zn、挤压态Mg
‑
1.2Zn、铸态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr和挤压态Mg
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1.2Zn
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0.35Zr合金的金相照片进行分析，铸态Mg
‑
1.2Zn、挤压态Mg
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1.2Zn、铸态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr和挤压态Mg
‑
1.2Zn
‑
0.35Zr合金的晶粒平均尺寸分别为107,30,72和10μm；步骤2：合金的力学性能分析，铸态Mg
‑
1.2Zn合金由于晶粒粗糙表现出最差的拉伸强度，仅为130MPa左右。通过向铸态Mg
‑
1.2Zn合金中添加Zr元素并进行热挤压后，其力学性能得到明显改善；步骤3：电化学分析，铸态Mg
‑
1.2Zn、挤压态Mg
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1.2Zn、铸态Mg
‑
1.2Zn
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0.35Zr和挤压态Mg
‑
1.2Zn
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0.35Zr合金的腐蚀电位值没有大的差别；但是，与铸态Mg
‑
1.2Zn的腐蚀电流值相比，加入锆元素后，即铸态Mg
‑
1.2Zn
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0.35Zr的腐蚀电流减小了4.547
×
10
‑4A；与铸态Mg
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1.2Zn的腐蚀电流值相比，经热挤压变形后，即挤压态Mg
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1.2Zn的腐蚀电流减小了1.736
×
10
‑4A；挤压态Mg
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1.2Zn
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0.35Zr合金具有最大的腐蚀电位值
‑
1.739V和最小的腐蚀电流值7.529
×
10
‑5A，这说明通过向铸态Mg
‑
1.2Zn合金添加锆元素并进行热挤压变形，使合金的降解性能得到了一定程度的提高；步骤4：浸泡实验分析，在浸泡实验的初始，四种合金的降解速率相似；随着浸泡时间的增长，与铸态Mg
‑
1.2Zn合金的降解速率相比，挤压...

【专利技术属性】
技术研发人员：范珺，邱鑫，田政，孟健，王华，万鹏，李忱，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：