搅拌摩擦加工态生物Mg-Zn-Y-Nd合金厚板的组织与性能
本文选题:Mg-Zn-Y-Nd合金 切入点:厚板 出处:《郑州大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:镁合金具有可降解、优良的生物相容性和力学相容性等特点,成为新一代最具发展潜力的生物医用金属材料。但镁合金在临床应用中一直存在着两大难题:力学性能较低和降解速率过快且不均匀。搅拌摩擦加工技术(Friction stir processing,FSP)能够有效细化镁合金晶粒和组织中的第二相,从而提高其综合性能,改变腐蚀机制,实现均匀腐蚀。目前研究中受搅拌头尺寸的限制,获得的改性区域的尺寸较小,无法得到有效的利用。本文选用搅拌针长度为10mm的搅拌头对生物镁合金厚板进行搅拌摩擦加工,但单面搅拌摩擦加工时由于在板材厚度方向上存在温度梯度,造成加工区域组织不均匀,因此,进一步采用双面搅拌摩擦加工技术对其进行加工,以获得综合性能较好的大尺寸改性区域,且使合金能够均匀降解。本文采用金相分析、扫描电镜分析、显微硬度测试、拉伸实验、电化学测试、析氢测试及失重分析等方法,研究单面和双面搅拌摩擦加工后Mg-Zn-Y-Nd合金厚板的微观组织、力学性能和在模拟体液中的耐腐蚀性能,探讨搅拌摩擦加工工艺对生物Mg-Zn-Y-Nd合金厚板组织和性能的影响规律。均匀化退火态Mg-Zn-Y-Nd合金厚板经单面搅拌摩擦加工后搅拌区可细分为上部搅拌区、中部搅拌区和下部搅拌区,搅拌区的上部、中部和下部的平均晶粒尺寸逐渐减小,分别为5.48μm、4.75μm和3.80μm。随着旋转速度和前进速度的改变,搅拌区各区域的组织演变规律不同,难以获得组织均匀的搅拌区。这主要是由于镁合金厚板在搅拌摩擦加工过程中沿板材厚度方向上存在温度梯度,热和机械搅拌作用自上而下逐渐减小,导致加工区域组织沿厚度方向上不均匀。双面搅拌摩擦加工合金搅拌区的上部、中部和下部的平均晶粒尺寸分别由单面搅拌摩擦加工合金的5.30μm、5.08μm和4.45μm细化至3.93μm、3.20μm和3.19μm,且第二相颗粒尺寸细小,分布均匀。搅拌摩擦加工合金的硬度值面分布与组织分布一致。双面搅拌摩擦加工合金搅拌区各层的抗拉强度和伸长率均高于单面搅拌摩擦加工合金,其中下层搅拌区的抗拉强度和伸长率最高,分别为283.3MPa和23.9%。搅拌摩擦加工后合金在模拟体液中的耐腐蚀性能较均匀化退火态合金明显提高,且双面搅拌摩擦加工合金在模拟体液中的耐腐蚀性能最好,其腐蚀方式由点蚀变为均匀腐蚀。
[Abstract]:Magnesium alloys have the characteristics of biodegradability, excellent biocompatibility and mechanical compatibility. Magnesium alloys have become the most promising biomedical metal materials in the new generation. However, there are two problems in clinical application: low mechanical properties and fast and uneven degradation rate. Friction stir stir processing (FSP). It can refine the grain and the second phase in the microstructure of magnesium alloy effectively. In order to improve its comprehensive performance, change the corrosion mechanism, and achieve uniform corrosion. In the present research, the size of the modified area is smaller because of the restriction of the size of the mixing head. It can not be used effectively. In this paper, the thick plate of biological magnesium alloy is processed by friction stir with a stirring head of 10 mm in length, but the temperature gradient exists in the direction of the thickness of the plate during the single side friction stir processing. As a result of the uneven structure of the processing area, the double-side friction stir processing technology is further adopted to obtain the large modified area with better comprehensive properties and the alloy can be degraded uniformly. In this paper, metallographic analysis is used. Scanning electron microscopy (SEM), microhardness test, tensile test, electrochemical test, hydrogen evolution test and weightlessness analysis were used to study the microstructure of Mg-Zn-Y-Nd alloy thick plate after single and double side friction stir processing. Mechanical properties and corrosion resistance in simulated body fluids, The effect of friction stir processing technology on the microstructure and properties of thick Mg-Zn-Y-Nd alloy plate was discussed. The stir zone of Mg-Zn-Y-Nd alloy thick plate in homogenized annealed state can be subdivided into upper stir zone, middle stir zone and lower stirring zone after single side friction stir processing. The average grain size of the upper, middle and lower parts of the mixing zone gradually decreased to 5.48 渭 m 4.75 渭 m and 3.80 渭 m, respectively. It is difficult to obtain homogeneous stirring zone, which is mainly due to the existence of temperature gradient along the thickness direction of magnesium alloy thick plate during friction stir processing, and the effect of heat and mechanical stirring gradually decreases from top to bottom. The microstructure of the processing area is not uniform in the direction of thickness. The upper part of the alloy stir zone in the double-sided friction stir processing, The average grain sizes of the middle and lower parts of the FSW alloy were refined from 5.30 渭 m and 4.45 渭 m to 3.93 渭 m, 3.20 渭 m and 3.19 渭 m, respectively, and the size of the second phase was fine. The distribution of hardness value plane of friction stir processing alloy is consistent with that of microstructure. The tensile strength and elongation of each layer in the stir zone of double side friction stir processing alloy are higher than that of single side friction stir processing alloy. The tensile strength and elongation of the lower stirring zone are the highest, 283.3 MPA and 23.9 MPA, respectively. The corrosion resistance of the alloy in the simulated body fluid after friction stir processing is obviously improved than that of the homogenized annealed alloy. The corrosion resistance of the alloy is the best in the simulated body fluid, and the corrosion mode of the alloy changed from pitting to uniform corrosion.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG146.22;TG453.9
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 汤宏群,林元祖;铜锑合金的试验研究[J];机械工程材料;2002年08期
2 杨光昱,郝启堂,介万奇;镁锂系合金的研究现状[J];铸造技术;2004年01期
3 迟大钊,吉泽升,梁维中;Mg-Nd-Zr-Zn合金的制备及钕对合金组织性能的影响[J];中国稀土学报;2004年02期
4 陈刚;彭晓东;刘相果;周书才;;镁锶合金的制备及其应用[J];中国铸造装备与技术;2005年06期
5 周昌荣;刘心宇;潘青林;;微量钪在Al-Cu-Li-Zr合金中的存在形式和作用[J];材料工程;2006年S1期
6 沙桂英;吕勤云;于涛;孙晓光;王洪顺;;搅拌摩擦加工对Mg-2.67%Nd-0.5%Zn-0.5%Zr合金动态变形行为的影响[J];航空材料学报;2010年02期
7 刘洪军;曹驰;钱旺盛;郝远;;稀土对Zn-11Al-8Cu-Mg合金组织和性能的影响[J];中国体视学与图像分析;2010年02期
8 代丽;刘黎明;;AlBxCrCu0.5FeTi高熵合金的微观组织与硬度研究[J];广州化工;2012年16期
9 吴友芳;孟令刚;房灿峰;朱琼;李乃朴;王宇;彭鹏;张兴国;;铸态Mg-Sn-Zn-Al合金组织性能[J];稀有金属材料与工程;2012年S2期
10 肖于德,黎文献,熊建明,朱焱;钪对2618合金挤压前后组织及性能的影响[J];材料开发与应用;1998年03期
相关会议论文 前10条
1 李春英;;浅析A356.2合金工艺优化[A];有色金属工业科技创新——中国有色金属学会第七届学术年会论文集[C];2008年
2 李吉庆;;Cu对Mg-10Li-3Al合金显微组织及硬度的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
3 张振波;李述军;郝玉琳;杨锐;郭正晓;;中温旋锻变形Ti2448合金的显微组织及力学性能[A];第十四届全国钛及钛合金学术交流会论文集(上册)[C];2010年
4 李建国;李黎;郭道华;;新型Al-Mg-Si系合金的析出相和力学性能[A];全国第十三届轻合金加工学术交流会论文集[C];2005年
5 胡金力;刘嘉斌;孟亮;;Cu-0.4%Cr-0.12%Zr-0.01%Si合金铸态组织的显微分析[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
6 熊益民;张永安;朱宝宏;王锋;刘红伟;熊柏青;;Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金的热变形研究[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年
7 郑飞燕;彭立明;李学文;;搅拌摩擦加工对Mg-Gd-Ag-Zr合金组织和性能的影响[A];2013广东材料发展论坛——战略性新兴产业发展与新材料科技创新研讨会论文摘要集[C];2013年
8 韩积亭;程云君;梁晓波;张建伟;李世琼;;热处理对铸造Ti-23Al-17Nb合金组织和拉伸性能的影响[A];第十四届全国钛及钛合金学术交流会论文集(上册)[C];2010年
9 刘洪军;曹驰;钱旺盛;郝远;;Zr对Zn-11%Al-8%Cu-Mg合金组织和性能的影响[A];第七届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2009年
10 谭永宁;黄朝晖;余乾;赵希宏;邢占平;仝健民;;铼对定向合金组织和性能的影响[A];第九届材料科学与合金加工学术会议专刊论文集[C];2004年
相关重要报纸文章 前1条
1 王宝顺 罗坤杰 张麦仓 董建新;应对油气开采环境变化开发优良性能合金[N];中国冶金报;2009年
相关博士学位论文 前10条
1 陈波全;稀土Er对Mg-Zn-Zr合金力学性能和热加工过程中微结构演化的影响[D];重庆大学;2015年
2 柴方;水下搅拌摩擦加工AZ系镁合金组织演变和变形机理的研究[D];华南理工大学;2015年
3 李鱼飞;V-5Cr-5Ti合金的热压缩动态再结晶行为[D];中国工程物理研究院;2015年
4 蒋福林;Al-Zn-Mg-Cu合金热/力作用下的静态软化:物理模拟与模型[D];湖南大学;2015年
5 陈双建;GH3535合金焊接热影响区组织演变及性能研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2017年
6 蒋力;Si含量对GH3535合金中碳化物形成和转变行为的影响[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2017年
7 温凯;Mg-(Gd,Er)-Zn-Zr合金微观组织演变及其力学性能研究[D];北京工业大学;2016年
8 张亮;镁铝合金成分、半固态组织和等温处理工艺[D];吉林大学;2011年
9 张慧芳;BTi-62421S合金高温变形行为及应用研究[D];中北大学;2011年
10 李超;Ti-55511合金的热变形行为及晶粒细化研究[D];中南大学;2013年
相关硕士学位论文 前10条
1 王青;搅拌摩擦加工态生物Mg-Zn-Y-Nd合金厚板的组织与性能[D];郑州大学;2017年
2 于小健;稀土Y对A356合金组织和性能的影响[D];江苏理工学院;2015年
3 邓红星;C含量及冷变形对OCr25Ni35AlTi合金组织和性能的影响[D];昆明理工大学;2015年
4 潘彦鹏;高强韧铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织性能研究[D];北京有色金属研究总院;2015年
5 陆常翁;ZCuSn10合金流变挤压组织及性能研究[D];昆明理工大学;2015年
6 邢燕飞;退火冷却速度及Ga含量对Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影响[D];西南交通大学;2015年
7 雒创;Ti-7Cu合金半固态变形行为研究[D];长安大学;2015年
8 曹跃杰;稀土元素La对Mg-Sn-Mn合金组织与性能的影响[D];沈阳大学;2015年
9 沈骏;AZ80多向挤压的热模拟及其组织性能影响研究[D];南京理工大学;2015年
10 赵玲玲;Al-Mg-Mn合金组织织构及力学性能研究[D];内蒙古工业大学;2015年
,本文编号:1618091
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/1618091.html