微弧氧化处理前后az91d镁合金在口腔环境中的性能研究

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1、硕士学位论文口腔环境中微弧氧化处理前后的AZ91D镁合合性能研究摘要镁及其合金被誉为“21世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”，它因其低价格、良好的生物相容性和生物可降解性，并作为人体内仅次于钾、钠、钙的细胞内正离子参与人体新陈代谢的优势，很有希望成为一类新型的医用金属植入材料。但镁合金化学性质活泼，在耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳方面面临着巨大的挑战，必须作适当的表面处理才可满足作为长期植入材料的应用。微弧氧化(micro．arcoxidation，MAO)技术可在金属表面形成一层与基体结合良好韵致密

2、陶瓷层，耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳，是一种很有希望的医用金属植入材料的表面生物改性技术。本课题首次将AZ91D镁合金引入口腔植入材料领域中，采用微弧氧化技术对AZ91D镁合金表面进行生物学改性，并用实验与数值模拟的办法，探讨AZ91D镁合金表面改性前后在模拟口腔环境中耐腐蚀一磨损性能，抗疲劳性能及其相互影响规律及机理，取得的主要结论如下：(1)采用浸泡与电化学腐蚀实验研究了AZ91D镁合金微弧氧化处理前后的耐腐蚀性能。结果表明：浸泡试验中60天内未处理试样体积损失是的微弧氧化试样20．97倍，而电化学

3、腐蚀试验中，微弧氧化处理将镁合金在人工唾液中的自腐蚀电位Eo由．1．45V提高到．0．44V，自腐蚀电流密度Io由7．5×10。5A／cm2降低到5．0×10‘7A／cm2，微弧氧化后的AZ91D镁合金耐腐蚀性能得到显著的提高。(2)通过对微弧氧化陶瓷层的XRD分析发现，微弧氧化陶瓷层主要由M92A14SisOl8、Mgo．87A11．8303．6l、MgSi03、M92A1等含硅的尖晶石型氧化物和Mg、Al复合氧化物组成，具有致密结构，与基体结合紧密，可隔离镁合金与腐蚀介质，有利于提高AZ91D

4、镁合金的耐腐蚀性能和耐磨损性能。(3)采用南理工自制的磨损实验设备研究了在人工唾液润滑条件下AZ91D镁合金微弧氧化前后的磨损特性。结果表明：同种载荷与磨程下，三种试样的平均磨损体积损失为：未处理AZ91D镁合金组>Ti6A14V组>微弧氧化镁合金组，微弧氧化处理能有效的提高AZ91D镁合金在人工唾液润滑条件下的耐磨损性能：(4)利用有限元模拟了微弧氧化处理前后的AZ91D镁合金耐磨损性能，模拟所得结果与真实试验结果反映的趋势类似：经微弧氧化处理后的AZ91D镁合金耐磨性能得到显著的提高。(5)利

5、用有限元模拟了AZ91D镁合金微弧氧化处理后，所陶瓷层的厚度和弹性模量对镁合金疲劳性能的影响。结果表明：在口腔这一特定环境中，微弧氧化陶瓷层的厚度、弹性模量对牙齿材料的疲劳寿命没有实质性的影响，可以满足口腔疲劳性能要求，就疲劳情况而言适合做口腔义齿材料。关键词：AZ91D镁合金，微弧氧化，耐腐蚀，耐磨损，抗疲劳，有限元AbstractMagnesiumisallexceptionallylightweightmetalasthe”21stcenturythemostpotentialfordeve

6、lopmentandfutureofthegreenengineeringmaterials”．Itpresentsagreatpotentialasmedicalimplantmaterialin0111"body，suchaslowprice，goodbiocompatibility,goodbiodegradabilityaswellasparticipatesthemetabolismasthepositiveionwhichjustinferiortopotassiumion,sodiu

7、mionandcalciumioninthecell．However，thechemicalpropertyofmagnesiumalloyisSOactivethatithastosufferingthechallengeformeetingtherequirementsofcorrosionresistance，abrasionresistanceandfatigueresistance．Sosomesurfacetreatmentsshouldbeappliedtomeettheuseofl

8、ong—termimplantation．Micro．arcoxidation(MAO)presentagreatpotentialasasurfacetreatmenttechnology，throughMAO，in．situ．grownceramiccoatingisdirectlyformedonthesurfaceofmagnesiumalloy,bywhichitscorrosionresistance，abrasionresistanceandfatigueresist