【摘 要】
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镁合金具有良好的生物相容性和生物可降解性,因此成为较为理想的可降解血管支架用材料。然而镁合金血管植入材料在服役过程中会受到由血管壁收缩舒张产生的周期性径向力和生理介质环境的共同影响,由此导致的应力集中和腐蚀疲劳是其力学性能恶化和植入器件失效的主要原因。因此,通过合理的变形加工和热处理等手段对镁合金的微观组织进行调控,分别研究显微组织、应力环境、和腐蚀介质对镁合金腐蚀疲劳行为的影响,对推动血管支架用
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镁合金具有良好的生物相容性和生物可降解性,因此成为较为理想的可降解血管支架用材料。然而镁合金血管植入材料在服役过程中会受到由血管壁收缩舒张产生的周期性径向力和生理介质环境的共同影响,由此导致的应力集中和腐蚀疲劳是其力学性能恶化和植入器件失效的主要原因。因此,通过合理的变形加工和热处理等手段对镁合金的微观组织进行调控,分别研究显微组织、应力环境、和腐蚀介质对镁合金腐蚀疲劳行为的影响,对推动血管支架用镁合金材料的发展有重要意义。本文通过往复挤压工艺制备ZE21B细晶镁合金,对该往复挤压态合金进行了退火处理,使用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射仪（EBSD）和X射线衍射分析（XRD）等分析手段,对往复挤压态ZE21B镁合金的微观组织、动态腐蚀性能以及该合金在不同腐蚀介质下的腐蚀疲劳行为进行了研究。研究结果表明,往复挤压可以显著细化ZE21B镁合金的晶粒尺寸,并能提升其组织均匀性。合金的平均晶粒尺寸随着挤压温度的降低和累积变形量的增大而减小。往复挤压工艺参数为360℃-4道次时,可获得平均晶粒尺寸细小且均匀性良好的组织,此工艺参数下制备的合金晶粒尺寸平均值是2.58μm。细小且均匀的微观组织使镁合金的综合力学性能得到了提升,经往复挤压后ZE21B镁合金的屈服强度,抗拉强度和延伸率分别为191.5MPa±3.1MPa,254.1±3.4MPa和28.4±2.0%,相比实验所用挤压态ZE21B镁合金坯料的屈服强度,抗拉强度和延伸率分别提升了33.6%、13.8%和16.4%。对360℃、4道次往复挤压ZE21B镁合金在不同参数下去退火处理后的微观组织及腐蚀性能进行了测试。微观组织的表征结果表明:该合金经280℃、30min退火后合金组织均匀性最好,平均晶粒尺寸为2.86μm。电化学实验结果表明:经280℃、30min退火后的该合金在Hanks’溶液中的腐蚀电位最正,自腐蚀电流密度最低,分别为-1.42V（vs,SCE）和2.6×10-5A·cm-2。动态腐蚀实验结果表明,280℃、30min退火后的该合金平均腐蚀速率最低,其表面生成的腐蚀产物是以钙磷盐为主要成分的保护性沉淀层。腐蚀疲劳试验的结果显示:不同的变形加工方式和腐蚀介质都会影响镁合金的腐蚀疲劳行为。铸态的ZE21B镁合金在生理盐水中3.1×10~5次循环下的腐蚀疲劳强度为50MPa;经280℃、30min退火后的往复挤压态ZE21B镁合金在生理盐水中9.0×10~5次循环下的腐蚀疲劳强度为60MPa,在Hanks’溶液中1.7×10~6次循环下的腐蚀疲劳强度为60MPa。当腐蚀疲劳实验的腐蚀介质相同时,镁合金的加工方式会显著影响其腐蚀疲劳寿命,镁合金组织越细小均匀,同应力幅值下其腐蚀疲劳寿命越高。对于相同加工状态的镁合金,当应力幅值较低时,在不同的腐蚀介质中侧表面生成的腐蚀产物层对基体的保护性越好,其腐蚀疲劳寿命越高。
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