镁合金表面纳米化强化机理及性能研究
发布时间：2021-12-02 12:06
镁合金因其优异的力学性能和生物降解性能,在心血管支架、骨移植等医用领域中具有广阔的应用前景。但是镁合金化学性质较活泼,在体液环境下容易腐蚀,而骨骼再生的整个过程需要较长时间,在此期间大部分镁合金植入物早已降解而失去作用。此外随着人体运动,镁合金会出现磨损现象,导致植入物与骨组织之间产生松动,从而造成手术失败。与其它金属材料一样,镁合金的失稳现象大都始于材料表面。因此,控制和改善材料表面特性,获得较优表面性能是保证镁合金持续正常工作的重要保障。近年来,通过在材料表面制备纳米层的方式来改善材料整体性能已逐步进入人们的视野,这种方式避免了材料整体纳米化的工艺限制,降低了纳米材料制备的难度。因此本文通过锤击退火的方法对镁合金进行表面纳米化处理,以提高镁合金的耐磨性和耐腐蚀性,解决其在临床上的应用限制问题。本文以AZ91D镁合金为研究对象,研究分析了表面纳米化对AZ91D镁合金综合机械性能及表面形貌的影响,表面纳米化的形成过程及机制和AZ91D镁合金耐磨性与耐腐蚀性的变化。主要研究成果如下:（1）采用单因素实验法探讨了锤击时间和退火温度对AZ91D镁合金表层晶粒尺寸和硬度的影响。通过对X射线衍射...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
原始样品与纳米化段对比图
武汉科技大学硕士学位论文31.3AZ91D镁合金概述全球Mg资源储量及产量主要集中在中国。据统计，2018年中国已知能够开采的镁矿占全球可开采镁矿资源的710以上。环保及经济需要会持续增加原镁的供求。估计至2023年寰球原镁消费量将增至181.4万吨，将来五年CAGR有望达到13%，镁合金行业景气度有望持续向上。因为纯Mg的塑性在室温环境下并不理想，而且在物理强度和材料的硬度方面也不存在过人之处，因此会在纯镁中增添合金成分与其构成固溶体[11]。加入不一样的强化材料会生产出具有不同特性和功用的镁合金，镁合金详细分类状况如图1.2。图1.2镁合金的分类AZ91D镁合金在平衡状态下，它的组织是由α相和β（Mg17Al12）相构成。Mg17Al12相是体心立方（bbc）晶体结构，它的晶格常数（点阵常数）а=1.05438nm。由于其具有优良的硬度、刚度以及生物安全性等被普遍应用在汽车工业、航天航空、电子工业、动力工业以及生物医疗等领域中。其材料性能如表1.1。表1.1AZ91D镁合金性能材料密度（g/cm3）熔点（℃）导热系数（W/MK）抗拉强度（Mpa）屈服点（Mpa）延伸率（%）比强度杨氏模量（Gpa）AZ91D1.82596722501607154448
武汉科技大学硕士学位论文5图1.3电化学处理法原理图1.4.2微弧氧化微弧氧化（MAO）是一种利用弧光放电形成的高温高压机制，从而在外层形成一定涂层的技术方法，目前已普遍应用在Mg金属的抗腐蚀研究中。其原理如图1.4。MAO制备的膜用有良好的抗磨性和抗腐蚀特性[19]。MAO是降低Mg合金腐蚀的有用方法，提高其耐蚀性能[20]。另外，完美状况下可降解材料的腐蚀速度与腐蚀样式应该与身体组织的成长过程相契合。李慕勤通过超声MAO的方法成功完成了载F生物涂层。利用扫描电镜观测载F对涂层表层形貌的作用,研究涂层的主要成分转变,对其涂层厚度、孔隙率等进行了测定,并通过摩擦试验、电化学腐蚀试验、覆膜抗菌试验,分析了各种载F生物涂层的联合特性、抗磨特性、抗蚀特性和耐菌特性。研究显示涂层的抗磨特性以及抗腐蚀特性得到了改善,并且拥有较好的耐菌特性,完成了生物涂层的多作用性[20]。图1.4MAO示意图MAO涂层的独到之处是稳定、坚固、抗磨以及耐抗腐蚀，但其不足之处是脆性高。虽然该方法在Mg合金体外试验中拥有优异的耐腐蚀性及生物相容性，然而其体内实验以及长期的耐腐蚀性却鲜有研究，并且MAO涂层中的重要元素
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属表面自纳米化及其复合改性技术研究进展[J]. 彭振军,徐惠,齐玉明,梁军. 表面技术. 2019(08)
[2]镁合金表面自纳米化研究进展及现状[J]. 王春明,杨牧南,黄建辉,刘位江,梁彤祥. 材料导报. 2019(13)
[3]镁合金表面超声微弧氧化载氟生物涂层耐磨性和耐蚀性[J]. 李慕勤,张爱琴,彭书浩,王晶彦. 表面技术. 2017(03)
[4]镁合金表面改性技术现状研究[J]. 林锐,刘朝辉,王飞,贾艺凡,丁逸栋,班国东,李振强. 表面技术. 2016(04)
[5]AZ31镁合金表面层层组装PSS/GS膜的体外耐蚀与抗菌性能（英文）[J]. 曾荣昌,刘丽君,骆凯捷,沈俐,张芬,李硕琦,邹玉红. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(12)
[6]激光冲击强化对AZ31和AZ91镁合金表面形貌和电化学腐蚀性能的影响[J]. 张青来,鲍士喜,王荣,钱阳,张永康,李兴成. 中国有色金属学报. 2014(10)
[7]1Cr18Ni9Ti不锈钢表面纳米化及力学性能[J]. 马志伟,王敏,拓川,赵坤. 塑性工程学报. 2014(04)
[8]表面纳米化对β型钛合金耐腐蚀性能的影响（英文）[J]. 金磊,崔文芳,宋秀,刘刚,周廉. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(08)
[9]脉冲电流密度对Ni-W合金镀层耐蚀性的影响[J]. 韩啸,陈吉,孙冬来,吴新春,叶珊珊. 电镀与环保. 2014(04)
[10]激光冲击处理诱导AZ31B镁合金表面纳米化[J]. 葛茂忠,项建云,张永康. 稀有金属材料与工程. 2014(04)
本文编号：3528405
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
原始样品与纳米化段对比图
武汉科技大学硕士学位论文31.3AZ91D镁合金概述全球Mg资源储量及产量主要集中在中国。据统计，2018年中国已知能够开采的镁矿占全球可开采镁矿资源的710以上。环保及经济需要会持续增加原镁的供求。估计至2023年寰球原镁消费量将增至181.4万吨，将来五年CAGR有望达到13%，镁合金行业景气度有望持续向上。因为纯Mg的塑性在室温环境下并不理想，而且在物理强度和材料的硬度方面也不存在过人之处，因此会在纯镁中增添合金成分与其构成固溶体[11]。加入不一样的强化材料会生产出具有不同特性和功用的镁合金，镁合金详细分类状况如图1.2。图1.2镁合金的分类AZ91D镁合金在平衡状态下，它的组织是由α相和β（Mg17Al12）相构成。Mg17Al12相是体心立方（bbc）晶体结构，它的晶格常数（点阵常数）а=1.05438nm。由于其具有优良的硬度、刚度以及生物安全性等被普遍应用在汽车工业、航天航空、电子工业、动力工业以及生物医疗等领域中。其材料性能如表1.1。表1.1AZ91D镁合金性能材料密度（g/cm3）熔点（℃）导热系数（W/MK）抗拉强度（Mpa）屈服点（Mpa）延伸率（%）比强度杨氏模量（Gpa）AZ91D1.82596722501607154448
武汉科技大学硕士学位论文5图1.3电化学处理法原理图1.4.2微弧氧化微弧氧化（MAO）是一种利用弧光放电形成的高温高压机制，从而在外层形成一定涂层的技术方法，目前已普遍应用在Mg金属的抗腐蚀研究中。其原理如图1.4。MAO制备的膜用有良好的抗磨性和抗腐蚀特性[19]。MAO是降低Mg合金腐蚀的有用方法，提高其耐蚀性能[20]。另外，完美状况下可降解材料的腐蚀速度与腐蚀样式应该与身体组织的成长过程相契合。李慕勤通过超声MAO的方法成功完成了载F生物涂层。利用扫描电镜观测载F对涂层表层形貌的作用,研究涂层的主要成分转变,对其涂层厚度、孔隙率等进行了测定,并通过摩擦试验、电化学腐蚀试验、覆膜抗菌试验,分析了各种载F生物涂层的联合特性、抗磨特性、抗蚀特性和耐菌特性。研究显示涂层的抗磨特性以及抗腐蚀特性得到了改善,并且拥有较好的耐菌特性,完成了生物涂层的多作用性[20]。图1.4MAO示意图MAO涂层的独到之处是稳定、坚固、抗磨以及耐抗腐蚀，但其不足之处是脆性高。虽然该方法在Mg合金体外试验中拥有优异的耐腐蚀性及生物相容性，然而其体内实验以及长期的耐腐蚀性却鲜有研究，并且MAO涂层中的重要元素
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属表面自纳米化及其复合改性技术研究进展[J]. 彭振军,徐惠,齐玉明,梁军. 表面技术. 2019(08)
[2]镁合金表面自纳米化研究进展及现状[J]. 王春明,杨牧南,黄建辉,刘位江,梁彤祥. 材料导报. 2019(13)
[3]镁合金表面超声微弧氧化载氟生物涂层耐磨性和耐蚀性[J]. 李慕勤,张爱琴,彭书浩,王晶彦. 表面技术. 2017(03)
[4]镁合金表面改性技术现状研究[J]. 林锐,刘朝辉,王飞,贾艺凡,丁逸栋,班国东,李振强. 表面技术. 2016(04)
[5]AZ31镁合金表面层层组装PSS/GS膜的体外耐蚀与抗菌性能（英文）[J]. 曾荣昌,刘丽君,骆凯捷,沈俐,张芬,李硕琦,邹玉红. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(12)
[6]激光冲击强化对AZ31和AZ91镁合金表面形貌和电化学腐蚀性能的影响[J]. 张青来,鲍士喜,王荣,钱阳,张永康,李兴成. 中国有色金属学报. 2014(10)
[7]1Cr18Ni9Ti不锈钢表面纳米化及力学性能[J]. 马志伟,王敏,拓川,赵坤. 塑性工程学报. 2014(04)
[8]表面纳米化对β型钛合金耐腐蚀性能的影响（英文）[J]. 金磊,崔文芳,宋秀,刘刚,周廉. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(08)
[9]脉冲电流密度对Ni-W合金镀层耐蚀性的影响[J]. 韩啸,陈吉,孙冬来,吴新春,叶珊珊. 电镀与环保. 2014(04)
[10]激光冲击处理诱导AZ31B镁合金表面纳米化[J]. 葛茂忠,项建云,张永康. 稀有金属材料与工程. 2014(04)
本文编号：3528405
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