醫用鎂合金微細管精密成形機理及工藝控制研究

《醫用鎂合金微細管精密成形機理及工藝控制研究》是依託清華大學，由方剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：醫用鎂合金微細管精密成形機理及工藝控制研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：方剛
• 項目類別：面上項目

項目摘要

可降解鎂合金可以避免目前普通支架和導管植入人體後帶來的不利影響，在生物醫學套用上具有廣闊的發展前景。臨床上對微細支架材質要求和製造精度非常嚴格，要求管壁厚度相當均勻和堅固，具有良好的彈塑性。鎂合金作為一種難成形金屬，其塑性成形尤其是冷成形很困難，另外血管支架本身尺寸小精度高，因此，醫用鎂合金支架和導管用管材的成形面臨著更大的挑戰。本項目提出研究醫用可降解鎂合金的成形性能，管材精密擠壓制坯和拉拔的成形機理，摩擦特點和潤滑措施。分析材料溫、熱成形的微觀組織演變的規律，最佳化擠壓工藝參數和工具、模具設計，提高擠壓管坯和拉拔管材的精度。研究電致塑性拉拔鎂合金管材的方法，提高材料塑性，增加成形精度和效率。通過本項目的研究，為鎂合金在醫用支架和導管上的套用提供理論支持和技術指導，同時豐富難成形材料薄壁精密管材成形的理論和工藝方法。

結題摘要

作為一種可降解的生物相容性材料，鎂合金在血管支架的生產中有著廣闊的套用前景。血管支架加工中所需的鎂合金微細管外徑不足3mm，壁厚在0.2mm 左右。鎂合金是密排六方晶體，成形性能較差，其微細管的加工較為困難。因而，研究鎂合金微細管的成形工藝對可降解血管支架的套用具有重要意義。本項目的研究中提出了鎂合金微細管材成形的技術路線，結合了熱擠壓和冷拉拔，系統研究了鎂合金的熱成形性能，設計並製造了成形裝備，研究了鎂合金微細管的擠壓-拉拔工藝，成形出目前可見報導的最細的微合金微細管（外徑2.9mm，壁厚0.27mm）。通過熱壓縮實驗，得到了擠壓態ZK30，WE43，ZM21和AE21的鎂合金流動應力曲線，分析了變形溫度和應變速率對流動應力曲線及微觀組織的影響，繪製出了鎂合金的加工圖，並利用加工圖模擬鎂合金反擠壓工藝的成形性能，分析熱擠壓工藝參數對微觀組織的影響。利用Schmid 因子，分析了鎂合金的變形模式及孿生的形成，並提出了控制孿生的方法。通過金相觀察，研究了變形溫度、應變速率和初始晶粒大小對鎂合金孿晶形成及動態再結晶的影響。利用所設計的擠壓和拉拔裝置，進行鎂合金微細管的熱擠壓和室溫拉拔實驗，最終加工出的微細管材，並得到了擠壓和拉拔過程中的載荷-位移曲線，分析加工參數對成形載荷的影響規律。進行鎂合金的室溫力學性能實驗，利用數值模擬分析ZM21 、ZK30鎂合金的冷拔工藝，並分析模角大小和摩擦係數對拉拔工藝的影響。研究ZM21、ZK30鎂合金管材拉拔過程中的微觀組織演化，分析退火工藝參數對退火再結晶組織的影響。分析材料熱成形的微觀組織演變的規律，最佳化擠壓工藝參數和工具、模具設計，提高擠壓管坯和拉拔管材的精度。利用熱反擠壓和冷拉拔工藝聯合的方式成功地製備了為後續的實驗用鎂合金血管支架提供了很好的基礎。通過本項目的研究，為鎂合金在醫用支架和導管上的套用提供理論支持和技術指導，同時豐富難成形材料薄壁精密管材成形的理論和工藝方法。