新型医用锆基合金的组织结构与性能研究

《新型医用锆基合金的组织结构与性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文新型医用锆基合金的组织结构与性能研究博士研究生：周飞宇指导教师：郑玉峰教授学科、专业：材料学哈尔滨工程大学2014年6月分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文新型医用锆基合金的组织结构与性能研究博士研究生：周飞宇指导教师：郑玉峰教授学位级别：工学博士学科、专业：材料学所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2014年5月15日论文答辩日期：2014年6月3日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngMicrostructureand

2、PropertyofNovelZr-basedAlloysforBiomedicalApplicationCandidate:ZhouFeiyuSupervisor:Prof.ZhengYufengAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceDateofSubmission:May15,2014DateofOralExamination:June3,2014University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的

3、所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进

4、行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日新型医用锆基合金的组织结构与性能研究摘要锆（Zr）与钛（Ti）性质相似，具有良好的抗腐蚀性和生物相容性。Zr的磁性比Ti低。Zr−2.5Nb合金已在骨科修复中应用。Zr及Zr合金在含有氯离子的体液中易发生点蚀，其点蚀电位较低。

5、因此，发展具有综合力学性能、优异的抗腐蚀性和生物相容性、低磁性的新型医用锆基合金具有重要的学术意义和应用价值。我们首先选择了10种生物相容性良好的金属（Ti、Nb、Mo、Cu、Au、Pd、Ag、Ru、Hf和Bi）作为新型医用Zr合金的添加元素，设计Zr−1X合金。分析合金元素对Zr−1X合金的微观组织结构，力学性能，腐蚀行为，体外细胞相容性及磁化率的影响，对合金元素进行初步筛选。通过筛选发现，Ru是Zr的合适的合金元素。我们设计了系列Zr−Ru合金，分别研究铸态和轧制退火态Zr−Ru合金的组织结构和性能。此外，我们还设计了新型Zr−Nb合金和Zr−Mo合金，对它们的腐蚀行为和体外

6、生物相容性进行了详细的研究。实验结果表明，除了Zr−1Cu合金和Zr−1Pd合金外，其余Zr−1X合金由单一的α相组成。在这两种合金中，除了α相，还存在析出的金属化合物相。退火态Zr−1X合金具有典型的再结晶组织。Zr−1X合金的强度和硬度均高于纯Zr，合金的弹性模量随合金元素种类的变化不大。Ru的强化作用最明显且Zr−1Ru合金具有最大的延伸率。这些合金元素添加后，Zr−1X合金的腐蚀电流密度比纯Zr的低。元素Ti、Nb、Mo、Cu、Au、Pd和Hf的加入，提高了Zr的破裂电位。Zr−1X合金在Hank's溶液中溶出的金属离子的数量非常低，证实了合金具有高的耐蚀性。Zr−1X合

7、金的浸提液对类成骨细胞的增殖和分化没有产生重大抑制作用，显示了良好的，至少是可以接受的细胞兼容性。除了Zr−1Ag合金外，其它Zr−1X合金的磁化率均低于纯Zr。Zr−1Ru合金具有最低的磁化率。在研究的Zr−1X合金中，元素Ru是Zr的最合适的合金元素。再结晶退火的Zr−1Ru合金具有良好的综合力学性能和低的磁化率，可以成为与MRI兼容的新型植入器械材料。铸态的Zr−(0.5~1)Ru由α相组成；Zr−2Ru合金由α和少量的β相组成；而Zr−3Ru合金主要组成相为ω相；Zr−5