Víceprvkové systémy biomateriálů na bázi hořčíku a zinku

Abstract

Disertační práce se zabývá základním výzkumem v oblasti materiálů z čistých Zn prášků a binárních směsí na bázi Mg, Zn a Ca připravených práškovou metalurgií. V teoretické části jsou shrnuty obecné principy a metody práškové metalurgie, stručný popis struktury a vlastností Mg, Zn a Ca a nejnovější výzkum v oblasti jejich zpracování se zaměřením na práškovou metalurgii. Experimentální část se zaměřuje na přípravu materiálů z jemnějších a hrubších částic Zn lisováním za tepla při teplotě 300 a 400 °C za tlaku 100, 200, 300, 400 a 500 MPa. Binární směsi na bázi Mg s přídavkem Zn nebo Ca byly připraveny lisováním za tepla v pevné fázi (300 °C) a lisováním za tepla částečně v tavenině (400 °C, 450 °C v případě Mg- Ca systém) při tlaku 500 MPa. Binární směsi na bázi Zn s přídavkem Mg nebo Ca byly připraveny lisováním za tepla částečně v tavenině (400 °C) za tlaku 500 MPa. Připravené materiály byly hodnoceny z hlediska mikrostruktury, prvkového a fázového složení, mikrotvrdosti, pevnosti v ohybu a fraktografie. Výsledky ukázaly, že v případě materiálů z čistých prášků Zn bylo dosaženo lepší kombinace pevnosti v ohybu a průhybu v případě jemnějšího Zn prášku, a to u materiálu připraveného při teplotě 400 °C a tlaku 500 MPa. V případě směsí bylo nejlepšího spojení mezi částicemi prášku dosaženo v případě materiálu na bázi jemnějšího Zn prášku s 0,5 hm. % Mg, což mělo významný vliv na dosažené hodnoty pevnosti v ohybu a průhyb. Obsah přísadového prášku měl zásadní vliv na strukturu a fázové složení připravených materiálů, zatímco podmínky přípravy ovlivňovali dosažené pevnostní charakteristiky a charakter lomu.

Dissertation thesis deals with basic research in the field of materials from pure Zn powders and Mg, Zn, and Ca binary mixtures prepared by powder metallurgy. General powder metallurgy principles and methods, a brief description of Mg, Zn, and Ca structure and properties, and the latest research in the field of bulk materials preparation from these elements via powder metallurgy are summarized in the theoretical part of the thesis. The experimental part focuses on the preparation of materials from finer and coarser Zn powder particles by hot pressing at 300 and 400 °C using the pressure of 100, 200, 300, 400, and 500 MPa. Binary mixtures based on Mg with the addition of Zn or Ca were prepared by hot pressing in the solid-state (300 °C) and hot pressing in the semi-solid state (400 °C, 450 °C in the case of Mg-Ca system) using the pressure of 500 MPa. Binary mixtures based on Zn with the addition of Mg or Ca were prepared by hot pressing in the semi-solid state (400 °C) using the pressure of 500 MPa. The prepared materials were evaluated in terms of microstructure, elemental and phase composition, microhardness, flexural strength, and fractography. The results showed that in the case of processed from pure Zn powders, a better combination of the flexural strength and displacement was achieved in the case of the finer Zn powder, namely in the material prepared at a temperature of 400 °C and a pressure of 500 MPa. In the case of mixtures, the best connection between the powder particles was achieved in the case of a material based on finer Zn powder with 0.5 wt.% of Mg, which had a significant effect on the achieved values of flexural strength and displacement. The amount of minor powder in the mixture had a significant effect on the prepared material structure and phase composition, while the processing conditions influenced the reached strength characteristics and fracture mechanism.