【摘要】：鎂合金良好的生物學(xué)性能以及機(jī)械性能備受人們關(guān)注,但是由于鎂合金不耐腐蝕的性質(zhì)限制了它的應(yīng)用。目前,有很多表面改性的方法對(duì)鎂合金進(jìn)行處理,例如,磁控濺射法、仿生礦化法等等。其中,激光表面熔凝因?yàn)槠涮幚砗穸瓤煽?結(jié)構(gòu)致密以及環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)而成為鎂合金表面改性的主要選擇。目的:通過(guò)對(duì)鎂合金表面進(jìn)行激光熔凝處理,改善鎂合金的耐腐蝕性能以及細(xì)胞相容性。方法:使用氣體激光器熔凝鎂合金表面。利用掃描電鏡,金相顯微鏡,X線能譜分析儀,接觸角實(shí)驗(yàn),X線衍射儀,三維形貌儀分別對(duì)激光熔凝鎂合金表面的結(jié)構(gòu),組成,表面能,表面粗糙度進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)動(dòng)電位極化曲線,析氫實(shí)驗(yàn),細(xì)胞粘附實(shí)驗(yàn)以及MTT,對(duì)激光熔凝鎂合金的耐腐蝕性以及細(xì)胞相容性進(jìn)行研究。結(jié)果:經(jīng)過(guò)激光表面熔凝處理,激光熔凝層厚度為1300μm;而且晶粒細(xì)化,β-Mg_(17)Al_(12)的大小從61μm細(xì)化到5μm;Mg的含量從89.88%減少到70.13%,然而,Al的含量從9.23%增加到28.08%,而且Al的分布更加均勻;接觸角從71.5°(±1.1,N=10)減小到53.9°(±1.3,N=10),熔凝層的表面能增大;表面粗糙度從0.16±0.02μm增加到2.53±0.03μm。動(dòng)電位極化曲線以及析氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,激光熔凝鎂合金展示出高的腐蝕電位(-1154 mV vs.Ag/AgCl)和低的腐蝕電流密度(8.920×10~-55 A/cm~2),相比于基材,激光熔凝處理的鎂合金的腐蝕電位正移了156 mV,腐蝕電流密度降低了10倍。另外,析氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,激光熔凝處理鎂合金氫氣析出速率遠(yuǎn)低于基材的氫氣析出速率。細(xì)胞黏附實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,經(jīng)過(guò)7天的培養(yǎng),激光熔凝處理組鎂合金表面的細(xì)胞數(shù)量更多,而且細(xì)胞平鋪在材料表面,細(xì)胞和材料以及細(xì)胞與細(xì)胞間相互黏連。細(xì)胞毒性試驗(yàn)分析顯示,激光熔凝處理鎂合金浸提液培養(yǎng)1、4、7天后的細(xì)胞活性與基材無(wú)區(qū)別,但兩者增值率均大于80%,表明對(duì)細(xì)胞無(wú)毒性。結(jié)論:激光熔凝處理鎂合金表面能夠顯著提高其耐腐蝕性能和細(xì)胞黏附性能,且對(duì)細(xì)胞無(wú)毒性。
【圖文】：

圖 2-1 基材 AZ91D 及激光熔凝處理后鎂合金表面的 XRD 圖譜⑴圖 2-1 顯示激光熔凝處理后鎂合金和基材表面的 XRD 圖譜，從 XRD 圖像分析，AZ91D 鎂合金由α相和β相組成[3-5]。從放大的圖像中我們可以發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)激光處理后，α-Mg 和β-Mg17Al12的衍射峰均向低角度偏移（大約 0.2°）。有文獻(xiàn)報(bào)道，這是在激光熔凝處理過(guò)程中，鋁在鎂中固溶導(dǎo)致鎂的晶格參數(shù)減小而使鎂合金中晶相的衍射峰均向右發(fā)生偏移[6-7]。然而，本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道正好相反，主要原因可能是在激光器處理過(guò)程中，在鎂合金中引入了應(yīng)力導(dǎo)致的。還有可能就是激光照射鎂合金表面時(shí)，熔池較快的冷卻速率使激光熔凝層發(fā)生了部分的非晶化以及晶粒細(xì)化[3]。

圖 2-1 基材 AZ91D 及激光熔凝處理后鎂合金表面的 XRD 圖譜⑴圖 2-1 顯示激光熔凝處理后鎂合金和基材表面的 XRD 圖譜，從 XRD 圖像分析，AZ91D 鎂合金由α相和β相組成[3-5]。從放大的圖像中我們可以發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)激光處理后，α-Mg 和β-Mg17Al12的衍射峰均向低角度偏移（大約 0.2°）。有文獻(xiàn)報(bào)道，，這是在激光熔凝處理過(guò)程中，鋁在鎂中固溶導(dǎo)致鎂的晶格參數(shù)減小而使鎂合金中晶相的衍射峰均向右發(fā)生偏移[6-7]。然而，本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道正好相反，主要原因可能是在激光器處理過(guò)程中，在鎂合金中引入了應(yīng)力導(dǎo)致的。還有可能就是激光照射鎂合金表面時(shí)，熔池較快的冷卻速率使激光熔凝層發(fā)生了部分的非晶化以及晶粒細(xì)化[3]。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG178;TG665

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2677634