医用Mg-Zn-Ca镁合金的腐蚀与力学性能研究

发布时间：2021-03-29 16:47

　　旨在研发一种新型可医用的生物镁合金材料,并通过试验确定合金中不同元素含量对合金综合性能的影响。通过制备不同钙元素含量的试样,开展了各类分析试验,测量了合金试样不同金相构成下的腐蚀性能和力学性能。主要开展了失重、电解、力学拉伸以及XRD、SEM等试验,从而确定了不同钙含量下镁合金的综合性能。研究结果表明,合金中钙元素的适量添加能增强合金的抗腐蚀能力,细化晶粒,改善合金组织,但是当合金中钙元素含量>0.5wt%时,合金中将产生一定量的Mg₂Ca相,使得合金金相组织被割裂,进而降低合金力学性能。确定了Mg-Zn-Ca合金中钙元素含量对合金各项性能的影响,对于Mg-Zn-Ca合金作为医用材料的研究具有重要意义。 

【文章来源】：新技术新工艺. 2020,(02)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

试样尺寸

合金的极化曲线图谱如图6所示，其中阴极曲线和阳极曲线分别对应氢气生成和镁溶解这2个过程。从图6中可以发现，在电解过程中，阴极曲线变化相对比较平滑，由此可以确定阴极变化速率较为均匀；相比之下阳极曲线变化较大，并且存在明显转折过程，由此表明，阳极镁溶解速率在一定时期内发生较大变化。通过分析可以确定，是由于金属表面钝化作用导致镁溶解速率变慢，也可能是由于添加钙元素。通过上述试验分析发现，抗腐蚀性能最好和最差的合金分别是Mg-4Zn-0.5Ca和Mg-4Zn-1.0Ca，其中合金中的第二相对合金抗腐蚀性能影响较大，主要是因为其与镁形成电位差，这样会导致阳极快速腐蚀。如果钙元素增加，此时会生成一定量的Ca2Mg6Zn3相，这样合金中的MgZn相生成的量将变少。此外当合金中钙元素含量增加后，合金金相组织中的晶粒将变得更小，进而可以降低合金腐蚀速率。如果合金中钙元素继续增加，此时会导致合金中出现Mg2Ca相，这将减弱合金的抗腐蚀性能。因为该相会与镁形成电位差，从而导致合金中的镁基体开始溶解，进而加快合金腐蚀速率。试验结果验证了上述分析，因此只有钙元素含量合适时，合金的抗腐蚀性能才能达到最佳。

不同钙元素含量的合金力学试验获得的拉伸曲线如图7所示。不同钙含量合金力学试验测量得到的应变、抗拉强度和屈服强度结果见表2。从图7中可以发现，含量分别为0.2和0.5的合金，其测量得到的抗拉强度分别为186和190 MPa。含量为0.7和1.0的合金，对应的抗拉强度则为172和156MPa。从上述结果可以发现，随着钙元素含量增加，合金抗拉强度先增大后减小。根据表2结果可以发现，合金伸长率随着钙含量增加而变小。通过上述力学试验分析可以发现，钙元素含量会影响Mg-4Zn-xCa合金的力学性能，因此如果能合理控制合金中钙元素的含量，就可以获得较好力学性能的合金。增加合金中的钙元素会使得金相组织中产生Mg2Ca相，该相不仅会降低合金抗腐蚀性能，同时还会影响合金力学性能，为此在制备合金过程中要控制该相的含量，从而提高合金的综合性能。

【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金腐蚀行为及机理研究进展[J]. 张新,张奎.  腐蚀科学与防护技术. 2015(01)
[2]AZ31镁合金的生物降解行为研究[J]. 杨柯,谭丽丽,任伊宾,张炳春,张广道,艾红军.  中国材料进展. 2009(02)

硕士论文
[1]Mg-Zn-Ca三元镁合金材料在Hank’s模拟体液中的腐蚀行为研究[D]. 田杨.内蒙古科技大学 2014



本文编号：3107852