镀液组成及pH值对电沉积Fe-Zn合金组织与性能的影响

发布时间：2020-06-11 22:46

【摘要】：支架置入术是解决血管狭窄类疾病的有效途径之一。对于铁基可降解支架材料主要问题在于降解速率过慢。以Zn作为第二组元进行合金化是改善铁基材料降解性能的可选策略。由于Fe、Zn熔点相差较大,传统冶金方法难以制得,因此采用电沉积技术制备出了Fe-Zn合金,但该类合金存在含O量高、内应力大、易脆断等问题。本研究在原氯盐镀液体系基础之上,重新设计了含有硼酸(H_3BO_3)和丙二酸(C_3H_4O_4)添加剂的新型Fe-Zn电沉积溶液。同时,还考察了该体系中抗坏血酸(C_6H_8O_6)、糖精钠(C_6H_4SO_2NNaCO·2H_2O)、柠檬酸三钠(C_6H_5Na_3O_7·2H_2O)浓度和溶液pH值对电沉积Fe-Zn合金成分、组织和力学性能的影响。在此过程中,利用纳米压痕法测试不同C_6H_4SO_2NNaCO·2H_2O含量下获得的Fe-Zn合金镀层内应力,利用循环伏安法对含有不同C_6H_5Na_3O_7·2H_2O浓度和不同pH值的基础溶液进行了电化学测试分析,以深入理解Fe~(2+)、Zn~(2+)的共沉积机理。最后,利用极化曲线和模拟体液(Simulated body fluid,SBF)静态浸泡实验对不同组织Fe-Zn合金的腐蚀特性进行了初步的对比测试,以探讨沉积层组织与其降解性能的关系。结果发现,在体系中加入30 g/L的H_3BO_3和5.203 g/L的C_3H_4O_4能够控制合金中杂质元素氧的含量,随着二者含量提高,含氧量进一步降低。镀液中C_6H_8O_6、C_6H_4SO_2NNaCO·2H_2O含量为5 g/L、1.9 g/L时镀层质量较好,含氧量和残余应力较低。保持溶液的pH为2.35,当C_6H_5Na_3O_7·2H_2O含量低于5.147 g/L时,沉积出的合金组织为柱状晶组织,硬度较低,且具有(211)择优取向;当C_6H_5Na_3O_7·2H_2O含量高于5.147 g/L,合金为细晶组织,硬度增大,同时内应力较大,易脆裂。当C_6H_5Na_3O_7·2H_2O含量为4.412g/L,pH值升高至2.70,或者C_6H_5Na_3O_7·2H_2O含量为5.882 g/L,pH值升高至2.20时,合金显微组织的变化规律与C_6H_5Na_3O_7·2H_2O含量由低变高的变化规律相似。对含有不同C_6H_5Na_3O_7·2H_2O浓度及不同pH值的基础溶液进行循环伏安法测试表明,随着C_6H_5Na_3O_7·2H_2O的加入,主要使Fe~(2+)析出电位负移,更接近Zn~(2+)的析出电位,有利于Fe-Zn共沉积的进行。溶液pH对金属离子沉积电位的影响,主要是通过影响C_6H_5Na_3O_7·2H_2O的解离形式或络合强度来实现的。动电位极化曲线和模拟体液静态浸泡实验结果则显示,随着晶粒的细化及Zn、O元素的增加,合金自腐蚀电位由 0.45 V降低至 0.52 V,降解速度由0.358 mg/(cm~2·d)增加至1.258 mg/(cm~2·d)。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08;TQ153

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