Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物材料的制备及性能研究

发布时间：2017-04-09 14:17

  本文关键词：Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物材料的制备及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁合金由于其良好的力学性能和生物兼容性,成为21世纪最有应用前景的生物材料。目前广泛研究的生物镁合金,如AZ系、WE系等,都面临腐蚀速率过快、腐蚀不均匀等问题,如何降低其在体内环境中的腐蚀速率,提高材料的耐腐蚀性是本领域的重要研究方向。已有研究表明稀土元素在不影响生物兼容性的前提下,可以提高镁合金耐腐蚀性能与力学性能。因此开展微合金化生物镁合金的研究具有重要意义。本文以Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr镁合金为基础,以微合金化方式加入不同含量的稀土元素Y,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)研究了Y对Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr生物镁合金组织的影响;并通过析氢、失重测试及电化学方法研究其在模拟体液(SBF)中的生物腐蚀性能;采用拉伸试验和硬度测试研究其力学性能。另外通过固溶、时效等热处理探讨了不同处理方式对Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr-1Y合金组织和性能的影响。结果表明,稀土Y的添加可以提高合金的耐蚀性能与力学性能,并能减缓合金局部腐蚀程度;适量Y的添加使得合金的晶粒得到细化,析出相由连续分布变为断续状分布、趋于均匀,并形成新的析出相Mg24Y5。当Y添加量为1%时,合金腐蚀速率最低为1.051mm/a,仅为Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr合金的40.81%,且此时合金抗拉强度为165.52MPa,断后伸长率达到最大值11.13%,相对原始合金提高了71.90%。与铸态相比,适当温度的固溶处理使得合金中大部分析出相溶于基体,组织更加均匀;合金的腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减小,电化学腐蚀性能得到提高;固溶温度为500℃时,腐蚀速率为0.723mm/a,仅为铸态合金的68.81%;时效处理后Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr-1Y合金中有大量的细小弥散状析出相析出,时效时间为16 h时,腐蚀速率为0.488 mm/a,达到生物镁合金的耐蚀性能指标;热处理对Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr-1Y生物镁合金的力学性能有较大提高,其中固溶态合金强度达到201.04MPa,伸长率为19.40%,综合性能最好。
【关键词】：稀土Y 生物镁合金 生物腐蚀性能 固溶 时效
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22;R318.08
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 生物材料及其特点8-9
• 1.1.1 生物材料的定义8
• 1.1.2 生物材料的分类及特点8
• 1.1.3 生物材料的性能评价8-9
• 1.2 镁合金生物材料9-11
• 1.2.1 镁及镁合金9
• 1.2.2 镁合金作为生物材料的优势9-10
• 1.2.3 镁合金作为生物材料的面临的主要问题10-11
• 1.3 镁合金生物材料的生物腐蚀11-13
• 1.3.1 镁合金的腐蚀行为11
• 1.3.2 提高镁合金生物材料耐生物腐蚀的方法11-13
• 1.4 合金元素对镁合金性能的影响13-14
• 1.5 镁合金的强化14-15
• 1.6 本文的研究内容15-16
• 第2章 材料制备和实验方法16-24
• 2.1 实验方案的确定16-17
• 2.1.1 合金系的选择16-17
• 2.1.2 实验方案的确定17
• 2.2 合金熔炼17-18
• 2.3 合金的热处理18-19
• 2.4 腐蚀性能测试19-22
• 2.4.1 静态腐蚀实验19-20
• 2.4.2 析氢实验20-21
• 2.4.3 腐蚀形貌观察21
• 2.4.4 电化学测试21-22
• 2.5 力学性能测试22-23
• 2.5.1 硬度测试22
• 2.5.2 拉伸实验22-23
• 2.6 合金组织分析23-24
• 2.6.1 扫描电镜分析23
• 2.6.2 合金物相分析23
• 2.6.3 透射电镜分析23-24
• 第3章 稀土Y对Mg-Nd-Zn-Zr生物镁合金性能的影响24-39
• 3.1 稀土Y对Mg-Nd-Zn-Zr生物镁合金组织的影响24-28
• 3.2 稀土Y对Mg-Nd-Zn-Zr生物镁合金腐蚀性能的影响28-34
• 3.2.1 静态腐蚀28-33
• 3.2.2 电化学腐蚀性能33-34
• 3.3 稀土Y对Mg-Nd-Zn-Zr生物镁合金力学性能的影响34-37
• 3.4 小结37-39
• 第4章 固溶处理对Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物镁合金性能的影响39-50
• 4.1 Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物镁合金固溶工艺的确定39-41
• 4.2 固溶处理对Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物镁合金组织的影响41-44
• 4.3 固溶处理对Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物镁合金腐蚀性能的影响44-49
• 4.3.1 静态腐蚀44-47
• 4.3.2 电化学腐蚀性能47-49
• 4.4 小结49-50
• 第5章 时效处理对Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物镁合金性能的影响50-60
• 5.1 时效处理对Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物镁合金组织的影响50-52
• 5.2 时效处理对Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物镁合金腐蚀性能的影响52-56
• 5.2.1 静态腐蚀52-55
• 5.2.2 电化学腐蚀性能55-56
• 5.3 时效处理对Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物镁合金力学性能的影响56-59
• 5.4 小结59-60
• 第6章 分析与讨论60-64
• 6.1 Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr-1Y合金腐蚀过程分析60-63
• 6.2 稀土改善镁合金生物材料性能的展望63-64
• 第7章 结论64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间的研究成果71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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4 张忠明;张俊;马莹;王婷;徐春杰;;Mg-1Mn-1Zn镁合金的组织与腐蚀行为研究[J];铸造技术;2012年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 孙明;工艺参数对镁合金表面处理的影响[D];北京交通大学;2010年

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