高壓扭轉工藝對固溶態(tài)Mg-Zn-Ca合金組織及性能的影響.pdf

1、鎂合金具有可降解性、良好的生物相容性以及與人骨相近的彈性模量等諸多優(yōu)點，獲得了骨植入材料領域的研究者的廣泛關注；但是，鎂合金降解速率過快和力學性能不足仍是其應用于臨床的限制性因素。本文采用高壓扭轉（HPT）工藝對鑄態(tài)和固溶態(tài) Mg-Zn-Ca合金進行大塑性變形加工，利用XRD、OM、SEM&EDS、TEM&SAED、顯微硬度測量、微拉伸、納米壓痕、電化學、析氫和浸泡實驗等方法，研究了扭轉圈數對HPT加工的兩種狀態(tài)的合金的組織特征、力學性

2、能和腐蝕性能的影響；對比分析了相同條件下HPT加工的兩種狀態(tài)的合金的組織和性能的差異，以此討論了固溶預處理對HPT加工Mg-Zn-Ca合金的影響；探討了HPT合金第二相演變過程、晶粒細化機制、硬化機理以及均勻腐蝕機制。
　　研究結果顯示： HPT只能使鑄態(tài)Mg-Zn-Ca合金第二相發(fā)生少部分破碎，大多數第二相仍為連續(xù)或半連續(xù)的桿狀分布在原來的晶界處。而HPT使固溶態(tài)Mg-Zn-Ca合金發(fā)生應變誘導析出細小的Mg4Zn7相；在扭轉圈

3、數N=1和2時，HPT加工的固溶態(tài)的合金邊緣第二相的數量和彌散程度均高于中心區(qū)域的，在N=5時，合金邊緣和中心區(qū)域的第二相數量和彌散程度已相當均勻。鑄態(tài)和固溶態(tài)Mg-Zn-Ca合金的平均晶粒尺寸在HPT過程中由原來的約110μm可最終分別細化至約107nm和92nm，獲得了等軸的超細晶組織；在扭轉圈數 N=1和2時，HPT加工的兩種狀態(tài)的合金邊緣區(qū)域的晶粒細化程度高于中心區(qū)域，合金組織不均勻，而當扭轉圈數增加至 N=5時，合金中心和邊緣

4、區(qū)域的晶粒細化程度相當，說明其組織已變得相當均勻。HPT加工的鑄態(tài)和固溶態(tài)Mg-Zn-Ca合金都產生了很強的（0002）面和（101?1）面織構；隨著扭轉圈數的增加，合金（0002）面織構逐漸增強，其余晶面取向都在減弱；固溶預處理沒有對HPT后的合金的織構產生顯著的影響。
　　HPT使固溶態(tài)Mg-Zn-Ca合金的顯微硬度由加工前的45Hv提高至75~115Hv，使鑄態(tài)的Mg-Zn-Ca合金的顯微硬度由加工前的49Hv提高至75~1

5、07Hv；HPT后的合金硬度隨著距中心的距離的增加而先增加后減小最終趨于穩(wěn)定值，隨著扭轉圈數的增加，合金邊緣和中心的硬度差異逐漸減小，說明合金的組織均勻性在增加；相同條件下固溶預處理使HPT后的合金組織均勻性提高。HPT加工的固溶態(tài)Mg-Zn-Ca合金的穩(wěn)定的硬度值為105Hv，而HPT加工的鑄態(tài)Mg-Zn-Ca合金的穩(wěn)定的硬度值為95Hv；這表明固溶預處理使HPT后的合金的加工硬化程度提高。HPT加工的鑄態(tài)和固溶態(tài)的Mg-Zn-Ca合

6、金，抗拉強度均高于加工前的，延伸率均低于加工前的；隨著扭轉圈數的增加，合金抗拉強度逐漸增加，而固溶態(tài)合金的的伸長率先降低后升高，而鑄態(tài)合金的伸長率逐漸減小；固溶預處理使HPT合金獲得良好的綜合力學性能。
　　HPT加工后的Mg-Zn-Ca合金的自腐蝕電流密度隨著扭轉圈數的增加而減小，阻抗值隨著扭轉圈數的增加而增大，說明合金的耐腐蝕性能隨著扭轉圈數的增加而增加；當扭轉圈數 N=5時，固溶態(tài) Mg-Zn-Ca合金的自腐蝕電流密度由加工

7、前的1.386×10-4A2cm-2減小至7.243×10-5A2cm-2，擬合阻抗值由HPT加工前的127.66Ω增加至195.4Ω，而鑄態(tài)合金的自腐蝕電流密度由加工前的2.014×10-4A2cm-2減小至1.024×10-4 A2cm-2，擬合阻抗由HPT加工前的45.38Ω增加至154.95Ω；相同條件下HPT后固溶態(tài)合金的自腐蝕電流密度比鑄態(tài)的小，前者擬合阻抗值高于后者的。析氫和浸泡實驗結果顯示，HPT加工的鑄態(tài)和固溶態(tài)Mg-