文档介绍：摘要
本论文采用电弧熔炼/水冷铜模吸铸法制备了不同的 Zr 基大块非晶合金。利用
X 射线衍射分析仪(XRD)、光学显微系统(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、示差
扫描量热仪(DSC)、差热分析仪(DTA)、Instron 力学试验机、电化学设备、等离
子质谱仪(ICP-MS)、X 射线光电子能谱仪(XPS)、细胞培养技术和四唑盐(MTT)
比色法等实验手段系统研究了不同 Zr 基大块非晶合金的结构、热稳定性、晶化行
为、压缩力学性能、电化学行为、离子溶出及细胞毒性等。
本论文首先研究了 Zr65- (x=0, 2, 5%)大块非晶合金在模拟体液
中的极化行为。结果表明,所有的合金都能自钝化且显示出低的钝化电流密度,意
味着该体系合金具有良好的耐蚀性能。Nb 的添加进一步显著提高了合金的抗点蚀能
力。离子溶出实验表明,Nb 的添加显著降低了大块非晶合金离子的析出,尤其是毒
性较强的 Ni, Cu 离子,这可能是由于 Nb 促进了高保护性钝化膜的快速形成。
考虑到 Ni 对人体具有毒副作用,利用 Pd, Fe 等无毒元素替换
大块非晶合金中的 Ni 开发出了大块非晶合金
(样品 A)和两种无镍型大块非晶合金
(样品 B)和 Zr60Nb5Cu20Fe5Al10(样品 C)。热学性能测试表明该体系非晶合金具
有高的热稳定性,样品 A 和样品 C 的过冷液相区ΔTx 分别高达 108℃和 99℃。晶化
行为研究表明,三种合金在退火过程中均优先析出二十面体准晶相。力学测试表明
三种合金(样品 A,B,C)都显示出高强度,分别达到 1697MPa,1724 MPa 和 1795MPa,
以及高的塑性应变,分别达到 %,%和 %。在模拟体液中的电化学测试
表明, 三种合金都显示出低的钝化电流密度以及高的点蚀电位,意味着合金具有优
异的耐蚀性能。XPS 分析表明,钝化膜中富集着高耐蚀的 Zr,Nb,Al 氧化物可能
是合金具有优异耐蚀性的主要原因。
细胞毒性试验表明,两种无镍型 Zr 基大块非晶合金表面上的细胞具有与
Ti-6Al-4V 合金相似甚至更高的吸光度。SEM 观察发现,细胞非常饱满,能够较好
地贴附且呈椭圆形铺展在合金表面上,这表明这两种无镍型 Zr 基代大块非晶合金均
具有优异的生物相容性。进一步的 XPS 分析发现细胞培养后的大块非晶合金表面形
成了富 Zr 和 Nb 等高生物活性的氧化物,这可能是其具有低的细胞毒性的主要原因。
关键词:大块非晶合金热稳定性晶化行为力学性能二十面体准晶电化学
腐蚀性能细胞毒性生物相容性
I
Abstract
In this dissertation, different Zr-based bulk metallic glasses were prepared by copper
mold casting. their structure was characterized by X-ray diffraction (XRD). Thermal
response was investigated using differential scanning calorimetry (DSC) and differential
thermal analysis (DTA). Instron mechanical testing system was employed to evaluate
their mechanical properties. The corrosion behavior of the alloys obtained was
investigated in artificial body fluid by electrochemical measurements. metal ion release
of different BMGs were determined in PPb (ng/ml) level with inductively coupled
plasma mass spectrometry (ICP-MS) after being immersed in artificial body fluid at 37℃
for 20days. The potential cytotoxicity of the BMG was evaluated through cell