擠壓變形Mg-Sn-Zn及Mg-Sn-Zn-Mn合金的組織結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、近年來隨著醫(yī)用鎂合金植入材料的需求增大，發(fā)展具有高的強(qiáng)韌性、優(yōu)異的抗腐蝕性和生物相容性的新型醫(yī)用鎂基合金具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文中，首先設(shè)計(jì)制備了新型醫(yī)用 Mg-3Sn-1Zn合金，系統(tǒng)地研究了不同擠壓變形工藝下 Mg-3Sn-1Zn合金的的組織結(jié)構(gòu)和性能。之后在 Mg-3Sn-1Zn合金的基礎(chǔ)上添加 Mn元素，制備出Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金，研究了其不同擠壓變形工藝下的微觀組織和性能，最后研究了Mg-3Sn-1Z

2、n-0.5Mn合金的擠壓變形機(jī)理。
　　Mg-3Sn-1Zn合金和 Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金的鑄態(tài)組織均由粗大不均勻的樹枝晶組成，顆粒狀的Mg2Sn相在樹枝晶間分布，層片狀的Mg2Sn相沿著晶界分布。固溶之后合金組織由粗大的等軸晶組成，Mg2Sn相完全融入到合金基體中，材料的綜合性能提高。
　　Mg-3Sn-1Zn合金和Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金在不同擠壓比（擠壓比8、16和25）下，擠壓溫度290℃時(shí)

3、合金具有最好的綜合性能，組織形貌為細(xì)小的等軸晶，同時(shí)也有動(dòng)態(tài)再結(jié)晶未完全的長(zhǎng)條晶粒，力學(xué)性能優(yōu)異，耐腐蝕性能較好，溶血率最大為7.3％。擠壓溫度290℃時(shí)隨著擠壓比逐漸增大，合金性能微有降低；Mg-3Sn-1Zn合金在擠壓溫度為310℃-370℃時(shí)，金相組織均為等軸晶，Mg2Sn相在合金基體上均勻析出，隨著擠壓比的增大，晶粒尺寸增大，力學(xué)性能和耐蝕性有所降低。Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金在擠壓溫度為310℃-370℃時(shí)，金相組織

4、為等軸晶，隨著擠壓比的增大，晶粒尺寸降低，力學(xué)性能和耐蝕性增大。不同擠壓工藝下的Mg-3Sn-1Zn合金和Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金的溶血率結(jié)果可知，這兩種合金擠壓變形后具有在血液環(huán)境應(yīng)用的可行性。
　　Mn元素的添加使Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金的性能優(yōu)于Mg-3Sn-1Zn合金的性能：力學(xué)性能方面，Mn元素加入可以細(xì)化Mg2Sn相，提高材料的力學(xué)性能。相同擠壓比下抗拉強(qiáng)度同比增加約10-20MPa，延伸率同比

5、增加約2-6%：耐蝕性能方面，Mn元素加入會(huì)降低雜質(zhì)元素對(duì)鎂合金的不利影響，當(dāng)合金含有Zn元素時(shí)，添加Mn元素能明顯降低材料的腐蝕速度。相同擠壓比下自腐蝕電位由Mg-3Sn-1Zn合金的~-1.6V增加到Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金~-1.5V，腐蝕電流速度同比減小約60%；溶血率方面，相同擠壓比下Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金的溶血率低于Mg-3Sn-1Zn合金的溶血率。
　　Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金的

6、組織演變特征為：1）變形量增加，晶粒尺寸呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)。2）Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金在固溶無變形時(shí)，顆粒狀的Mn單質(zhì)沿著晶界分布，在擠壓變形后析出的Mg2Sn相均勻分布在合金基體上，Mg2Sn相的形狀為盤狀或桿狀。3）孿晶的數(shù)量隨著變形量的增加而減少。當(dāng)變形量較小時(shí)，擠壓變形使Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金中固溶組織中的孿晶形態(tài)特征發(fā)生轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變后的孿晶可以發(fā)生退孿生現(xiàn)象，同時(shí)擠壓變形會(huì)產(chǎn)生新的孿晶，退孿生的孿晶和

7、新生成的孿晶數(shù)量上相差不大，總體孿晶數(shù)量變化較??；當(dāng)變形量較大時(shí)， Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金中發(fā)生退孿生現(xiàn)象的孿晶增加，同時(shí)較小的晶粒尺寸和較多的Mg2Sn相也抑制了變形引起的孿晶的生成，二者共同作用使孿晶數(shù)量急劇減少。
　　Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金變形機(jī)制以滑移和孿生為主，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和增殖會(huì)使位錯(cuò)在變形過程中互相纏結(jié)、釘扎以及受晶界的阻礙而終止運(yùn)動(dòng)；孿生容易發(fā)生在不利于滑移的晶粒中促進(jìn)塑性變形，擠壓變形時(shí)變

8、形生成的孿晶和退孿生同時(shí)發(fā)生。當(dāng)變形量較大時(shí)（擠壓比64），動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后較小的晶粒尺寸，使晶界滑動(dòng)機(jī)制發(fā)揮了重要作用。固溶無變形和擠壓變形時(shí)，Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金中的孿晶均為{1012}＜1011＞型孿晶，固溶無變形時(shí) Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金中{1012}孿晶的長(zhǎng)大機(jī)制為經(jīng)典的孿生位錯(cuò)機(jī)制，{1012}孿晶界小角度偏離{1012}孿晶面；擠壓變形時(shí) Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金中{102}孿晶的長(zhǎng)大