擠壓鎂和Mg-Zn-Mn鎂合金的制備及組織性能的研究.pdf

1、鎂基生物材料具有良好的生物相容性和可降解性，是一種理想的人體植入材料，目前用于血管支架和骨內(nèi)固定材料方面的生物可降解研究已取得了較大進(jìn)展。但鎂及其合金由于其力學(xué)性能較低、在人體內(nèi)降解速度過快進(jìn)而導(dǎo)致其力學(xué)性能消失，已成為限制其在生物醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用的最大障礙。因此，提高鎂及其合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能已成為科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)之一。
　　合金化和變形等加工處理是提高鎂基生物材料力學(xué)性能和耐腐蝕性能的有效手段。論文首先從雜質(zhì)Fe含量、變形

2、狀態(tài)等方面研究了鎂在Hanks'溶液中的腐蝕規(guī)律;然后采用合金化的方法，利用生物相容性能較好的Zn和Mn元素以及微量的稀土元素(RE)制備Mg-Zn系和Mg-Mn-RE合金;最后采取了常規(guī)擠壓和等通道擠壓(ECAP)兩種方法，對(duì)比研究了常規(guī)擠壓和等通道擠壓對(duì)鎂及其合金微觀組織、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X-射線衍射儀分析了材料的微觀組織。用電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)和微觀硬度測(cè)試儀測(cè)試了材料的室溫力學(xué)性能。用電化

3、學(xué)和體外浸泡試驗(yàn)系統(tǒng)檢測(cè)了材料的腐蝕行為。所得結(jié)論具體內(nèi)容如下:
　　1.鎂中Fe元素含量越低，鎂晶粒越細(xì)小，鎂在Hanks'溶液中耐腐蝕越好。鎂的腐蝕速率可通過減少Fe含量、細(xì)化晶粒等方法進(jìn)行控制。合金化能有效細(xì)化晶粒，在Mg中加入2wt.％Zn后，比鑄態(tài)鎂的晶粒更細(xì)小均勻，提高了耐腐蝕性能;在Mg-2Zn鎂合金中加入0.1wt.％RE后，進(jìn)一步細(xì)化了鑄態(tài)ZE20鎂合金晶粒。
　　2.擠壓溫度對(duì)ZE20鎂合金的腐蝕性能影響

4、明顯。鑄態(tài)ZE20鎂合金分別在230℃、280℃和330℃經(jīng)常規(guī)擠壓后，合金在330℃時(shí)晶粒尺寸最小，約為7μm，力學(xué)性最佳能，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為160 MPa、272 MPa、12.8％;耐腐蝕性能最強(qiáng)，其析氫腐蝕速率為0.235 mLcm2day-1。
　　3.擠壓比對(duì)Mg-1Mn-0.1RE鎂合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能影響明顯。在360℃溫度下擠壓，隨著擠壓比的增大，棒材鎂合金的晶粒逐漸變小，力學(xué)性能和耐腐蝕

5、性能不斷提高。當(dāng)擠壓比上升到32時(shí)，鎂合金晶粒尺寸約為3μm，屈服強(qiáng)度為185MPa，抗拉強(qiáng)度為311MPa，抗彎強(qiáng)度為533 MPa，延伸率為10.5％，析氫腐蝕速率為0.156mLcm-2day-1。
　　4.鑄態(tài)鎂在常規(guī)擠壓過程中，隨著擠壓比增加，擠壓溫度降低，晶粒逐漸細(xì)化，力學(xué)性能和腐蝕性能逐漸提高。鑄態(tài)鎂在擠壓比為25、溫度分別在230℃、280℃、330℃進(jìn)行常規(guī)擠壓后，其力學(xué)性能和腐蝕性能隨著溫度的升高而逐漸降低;在

6、擠壓溫度360℃、擠壓比分別為13和32進(jìn)行常規(guī)擠壓后，其力學(xué)性能和腐蝕性能隨著擠壓比的增大而逐漸提高;在擠壓比為25、擠壓溫度為230℃條件下進(jìn)行常規(guī)擠壓后的鎂力學(xué)性能和腐蝕性能最好，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到了177MPa，延伸率達(dá)到了24％。鎂在230℃經(jīng)常規(guī)擠壓后，在280℃經(jīng)過1道次等通道擠壓變形，晶粒得到了細(xì)化且力學(xué)性能得到了更大的提高。
　　5.在等通道擠壓過程中，隨著擠壓溫度降低、擠壓道次增多，晶粒進(jìn)一步細(xì)化，鎂的力學(xué)性能逐漸

7、提高，耐腐蝕性能先降低后升高。鑄態(tài)鎂在360℃擠壓1道次后，以A路徑進(jìn)行降溫等通道擠壓變形，分別在300℃、250℃和200℃各擠壓3道次，其力學(xué)性能隨擠壓溫度降低而逐漸增加;鑄態(tài)鎂在300。C變形3道次后耐腐蝕性能最高，在200℃變形3道次后耐腐蝕性能次之，其腐蝕速率為0.222 mLcm-2day-1，在250℃變形3道次后耐腐蝕性能最差。在200℃分別以A、C路徑等通道擠壓變形后，隨擠壓道次的增多，鑄態(tài)鎂的力學(xué)性能提高。經(jīng)A路徑等

8、通道擠壓變形4道次后的鎂抗拉強(qiáng)度最高，為165MPa，其延伸率也較高，為15％，表明該工藝下鎂的綜合力學(xué)性能是較好的;經(jīng)C路徑等通道擠壓變形4道次后鎂的屈服強(qiáng)度最高，達(dá)到75 MPa。在200℃經(jīng)A路徑等通道擠壓變形后的鎂耐腐蝕性能比同一溫度下經(jīng)C路徑等通道擠壓變形后的鎂耐腐蝕性能更好。
　　6.常規(guī)擠壓態(tài)Mg-2Zn鎂合金在等通道擠壓變形過程中，其耐腐蝕性能隨著擠壓道次的增加而降低。與常規(guī)擠壓態(tài)相比，Mg-2Zn鎂合金在270℃