强剪切搅拌铸造与ECAE组合制备HA/Mg-Zn-Ca复合材料及其显微组织与性能研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51271131
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    75.0万
  • 负责人：
    刘德宝
  • 依托单位：
    天津理工大学
  • 学科分类：
    E0102.金属材料制备与加工
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2012
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Biodegradable magnesium（Mg） and magnesium alloys for biomedical implant materials application have attracted increasing interest recently.The major drawbacks of magnesium alloys in clinical application is that they suffer from a high corrosion rate in the physiological environment and relatively poor strength and toughness.In this study,biocompatible elements such as calcium (Ca) and zinc (Zn) will be chosen as alloying elements of magnesium alloy matrix ，nano hydroxyapatite(HA) as reinforcement.A novel melt shearing device .will be used to fabricate the HA/Mg-Zn-Ca composite for improving the microstructure uniformity in the casting state. Subsequently,the equal channel angular extrusion (ECAE) technology will be used to impose the deform severe plastic deformation on the cast HA/Mg-Zn-Ca composite for futher improving the uniformity of nano HA particles and refining grain of matrix alloy,so that the strength, plasticity and corrosion resistance of composite can be improved.The main study emphasis is placed on the following problems : The influence mechanism of intensive melt shearing on the microstructure uniformity during solidification process;Effect of ECAE on the .microstructure of composite,especially the effect of extrusion temperture and route.on the grain size and distribution state of HA particles and secondary phase.The influence mechanism of microstructure evolution on the mechanical and corrosion behavior of composite.Revealing the strengthening and toughening mechanism and homogeneous degradation mechanism of HA/Mg-Zn-Ca composite;Establishing the ralationship among the components,microstructure and correlation clinical application properties of magnesium matrix composite.This study has important significance for developing controllable degradation magnesium alloy.
强度较低、塑性差特别是生理环境下的腐蚀降解速度过快，是限制镁合金作为可降解医用植入材料临床应用的关键所在。本项目选用生命元素Zn、Ca作为基体合金成分，以纳米羟基磷灰石（HA）为增强体，探索通过新型强剪切熔体搅拌方式制备HA/Mg-Zn-Ca复合材料，提高复合材料铸态下的组织均匀性。再利用等通道转角挤压技术（ECAE）对该铸态复合材料进行大塑性变形加工，进一步细化基体合金晶粒和提高HA颗粒分散的均匀性，以提高材料的强度、塑性和耐蚀性。重点研究熔体强剪切搅拌对铸态复合材料组织均匀化的作用机理;ECAE变形对复合材料显微组织结构的影响，特别是挤压温度及挤压路径对晶粒尺寸与复合相和第二相分布状态的影响；显微组织结构变化对复合材料力学性能及耐蚀性能的影响机理，揭示HA/Mg-Zn-Ca生物复合材料的强韧化机制及组织细化改善耐蚀性的作用机制。本研究对开发可控降解镁合金具有可借鉴的试验与理论指导意义。

结项摘要

强度较低、塑性差特别是生理环境下的腐蚀降解速度过快，是目前限制镁合金临床应用的关键所在。本项目以纳米生物活性陶瓷羟基磷灰石（HA）以及β-TCP为增强体，采用新型强剪切搅拌结合等通道转角挤压技术（equal channel angular extrusion，ECAE)制备Ca-P陶瓷颗粒增强镁基复合生物材料，以期获得良好力学性能和耐蚀性能的植入材料。主要研究内容和结果为：.（1）优化得到适宜作为镁基复合材料基体合金的成分配比为Mg-3Zn-0.2Ca和Mg-3Zn-0.8Zr。.（2）通过凝固速率的变化，制备了不同晶粒尺寸的纯镁、Mg-Zn-Ca合金及1β-TCP/Mg-Zn-Ca复合材料，研究了晶粒尺寸对三种材料腐蚀行为的影响。发现合金和复合材料的晶粒尺寸越小，复合颗粒分布越均匀，含量越高则耐蚀性越好。.（3）在腐蚀过程中，Mg-Ca合金的腐蚀层被认为是多层结构。Mg-Ca合金在长期的浸泡腐蚀产物为核壳结构的颗粒,这些颗粒对细胞没有毒性。.（4）HA和β-TCP的添加可以有效细化Mg合金的晶粒，经过强剪切搅拌后复合颗粒的团聚状况得到较大改善。.（5）对HA增强复合材料的热压缩变形行为研究表明：相同的加工条件下，复合材料的流动应力要高于基体合金的流动应力，HA的添加使基体合金的热加工失稳区增大。.（6）常规挤压的HA/Mg-Zn-Ca复合材料相比于合金基体，屈服强度和抗拉强度增大，断后延伸率减小。耐蚀性增加，细胞相容性良好。.（7）在复合材料ECAE过程中，团聚的HA或-TCP颗粒经历了塑性变形流动被物理碎化，形成弥散分布状态,且与基体合金之间具有良好的界面结合。.（8）将常规挤压与等通道转角挤压相结合对铸态复合材料进行了组合挤压变形。随着等通道挤压道次的增加，晶粒尺寸表现出先细化后增大的趋势，复合材料的耐蚀性能也是先提高后降低。将铸态HA/Mg-Zn-Ca复合材料先热挤压再进行ECAE变形工艺的耐蚀性优于铸态复合材料直接ECAE变形后的耐蚀性。.本项目通过强剪切搅拌铸造结合ECAE变形制备镁基活性生物复合材料，并开展关键技术和科学问题的研究,为实现可控降解镁基复合材料的高质量制备探索了新途径。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（4）
热处理对HA/Mg-Zn-Ca生物复合材料显微组织及性能的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    稀有金属材料与工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘德宝;杨敏;赵越;金凤
  • 通讯作者：
    金凤
Effect of corrosion on mechanical behaviors of Mg-Zn-Zr alloy in simulated body fluid
模拟体液中腐蚀对Mg-Zn-Zr合金力学行为的影响
  • DOI：
    10.1007/s11706-014-0258-4
  • 发表时间：
    2014-09-01
  • 期刊：
    FRONTIERS OF MATERIALS SCIENCE
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Song, Rong;Liu, De-Bao;Chen, Min-Fang
  • 通讯作者：
    Chen, Min-Fang
Corrosion degradation behavior of Mg-Ca alloy with high Ca content in SBF
高Ca含量镁钙合金在SBF中的腐蚀退化行为
  • DOI：
    10.1016/s1003-6326(15)63968-1
  • 发表时间：
    2015-10-01
  • 期刊：
    TRANSACTIONS OF NONFERROUS METALS SOCIETY OF CHINA
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Liu, Yi-chi;Liu, De-bao;Chen, Min-fang
  • 通讯作者：
    Chen, Min-fang
Corrosion and wear behavior of an Mg-2Zn-0.2Mn alloy in simulated body fluid
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  • DOI：
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  • 发表时间：
    2015-08-01
  • 期刊：
    RARE METALS
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Liu, De-Bao;Wu, Bo;Chen, Min-Fang
  • 通讯作者：
    Chen, Min-Fang
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    重型机械
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    付丽;李慧;张昌波;刘德宝
  • 通讯作者：
    刘德宝

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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