【摘 要】
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MgO/Mg-Zn-Ca复合材料由维持人体正常生命活动必须的Mg、Zn、Ca元素组成,从源头上保证了其生物安全性和生物相容性,而且合金中各组元以及第二相都可以在体内完全降解,这使得Mg-Zn-Ca合金成为骨折内固定用可降解镁合金领域极具潜力的材料之一。为了进一步拓展MgO/Mg-Zn-Ca复合材料骨折内固定领域承重部位的应用,进一步优化MgO/Mg-Zn-Ca复合材料组织性能,发展兼具较高屈服强度
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MgO/Mg-Zn-Ca复合材料由维持人体正常生命活动必须的Mg、Zn、Ca元素组成,从源头上保证了其生物安全性和生物相容性,而且合金中各组元以及第二相都可以在体内完全降解,这使得Mg-Zn-Ca合金成为骨折内固定用可降解镁合金领域极具潜力的材料之一。为了进一步拓展MgO/Mg-Zn-Ca复合材料骨折内固定领域承重部位的应用,进一步优化MgO/Mg-Zn-Ca复合材料组织性能,发展兼具较高屈服强度和适宜降解速率的MgO/Mg-Zn-Ca复合材料意义重大。本课题基于课题组前期的研究成果,主要对MgO纳米颗粒（MgO NPs）强化Mg-Zn-Ca合金力学性能以及耐蚀性的机制进行了详细的研究讨论。在此基础上进一步优化合金成分,降低了材料中Zn元素含量,制备了低合金化的1.0MgO/Mg-1Zn-0.2Ca复合材料,探究低合金化后材料的力学性能以及腐蚀行为。在低合金化的基础上,通过挤压工艺的优化制备具有超细晶组织的1.0MgO/Mg-1Zn-0.2Ca复合材料,并对超细晶材料的组织演变、力学性能、体内外降解性能进行分析表征。通过上述研究内容,本课题得出的结论如下:（1）通过研究确认了MgO/Mg-Zn-Ca复合材料中以细晶强化、Orowan强化和热膨胀强化为主的强化机制;确认了MgO NPs对形成致密腐蚀产物层的促进作用,以及有效阻碍腐蚀介质沿腐蚀产物层的缝隙对基体的侵蚀的保护作用。（2）通过降低材料中的Zn元素含量,成功制备了具有高耐蚀性的1.0MgO/Mg-1Zn-0.2Ca复合材料,其年腐蚀速率为1.39 mm/y,但材料的屈服强度大幅降低,仅为150 MPa,延伸率为18%。在研究过程中,明确了Zn元素含量的降低会促使MgO/Mg-Zn-Ca复合材料中第二相由电势高于基体的Mg-Zn相向电势低于基体的Ca2Mg6Zn3相转变。同时,阐明了第二相种类对材料腐蚀行为影响机制。（3）通过低温慢速挤压的工艺,成功在低合金化复合材料的基础上,制备了具有高强度、高耐蚀、超细晶（平均晶粒尺寸约为500 nm）结构的超细晶1.0MgO/Mg-1Zn-0.2Ca复合材料。其屈服强度达到了379 MPa,断裂延伸率能保持10%以上,腐蚀速率仅为0.68 mm/y。在研究过程中,对超细晶组织的形成机理、力学性能提升的强化机理、保证材料塑性的原因进行了解释,明确了超细晶结构增强材料耐蚀性的机理,讨论了材料体内外腐蚀行为,对材料体内外腐蚀速率、腐蚀机理进行了表征和讨论。至此,本研究基本完成了对MgO NPs强韧化力学性能和增强耐蚀性机制的讨论,以及确认了MgO/Mg-Zn-Ca复合材料中可能影响耐蚀性的机制。并以此为基础,成功设计并制备了兼具较高屈服强度和适宜降解速率的MgO/Mg-Zn-Ca复合材料。
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