医用Mg-3Zn-0.2Ca合金变形组织演变及其腐蚀降解行为的研究

发布时间：2017-08-19 00:14

  本文关键词：医用Mg-3Zn-0.2Ca合金变形组织演变及其腐蚀降解行为的研究

  更多相关文章： Mg-3Zn-0.2Ca 耐蚀性 工艺优化 等通道转角挤压 晶粒细化

【摘要】：镁及其合金作为体内植入材料的应用近年来成为研究热点。但镁在人体中的降解速度较快,使其不能较长时间保持机械性能。此外,镁合金变形能力差也成为制约其实际应用的关键问题。因此,本文通过采用常规热挤压和等通道转角挤压对Mg-3Zn-0.2Ca合金进行变形工艺研究,研究经不同变形后合金的显微组织变化及在模拟体液中腐蚀降解的行为,为生物镁合金变形工艺设计及其对镁合金显微组织及其腐蚀行为的影响提供可借鉴的参考。本文首先采用真空熔炼制备了Mg-3.0wt%Zn-0.2wt%Ca合金,将部分铸态合金分别挤压成板材和进行等通道转角挤压(ECAP)。运用电化学方法及模拟体液浸泡实验,研究合金材料的腐蚀降解行为,研究得到主要结论为:1.铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金挤压成板材,挤压比为57:1,其晶粒得到明显的细化,经挤压后合金的平均晶粒尺寸由70μm细化至3μm。挤压态的Mg-3Zn-0.2Ca合金在模拟体液中的耐蚀性要强于铸态合金,其浸泡7d后,挤压态及铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金与体液发生反应生成的物质主要为Mg(OH)2和HA(羟基磷灰石)。2.试样进行等通道转角挤压的较适温度为280℃。Mg-3Zn-0.2Ca合金进行等通道转角挤压的适宜速度为60mm/min。3.Mg-3Zn-0.2Ca合金的晶粒随等通道转角挤压道次的增加逐渐细化,组织越来越均匀。挤压道次低于8道次时,不同方向截面显微组织差别较大,但是经8道次变形后,三个方向晶粒尺寸均明显的减小,且均为较细小的等轴晶。挤压不同道次,试样的物相组成基本没发生变化,第二相组成应为Mg4Zn7相和Ca2Mg6Zn3相。经ECAP变形,大部分晶粒的(0001)面平行于ND方向截面,形成基面织构。随着ECAP变形的进行,试样维氏硬度先增大后降低,硬度先增大后减小的原因与织构取向和强度有关。4.挤压8道次合金的耐腐蚀性明显低于挤压低道次的合金,即随着挤压道次的增加,晶粒的细化,合金整体的耐蚀性有所降低,ND方向截面的样品比ED和ND两个方向截面耐腐蚀性差,与电化学测试结果一致。大部分晶粒的(0001)基面平行于ND方向截面截面,这可能是ND方向截面的耐蚀性较差的原因。
【关键词】：Mg-3Zn-0.2Ca 耐蚀性 工艺优化 等通道转角挤压 晶粒细化
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 镁合金的特性11
• 1.2 镁合金的应用11-14
• 1.3 镁合金作为生物医用材料存在的问题14-15
• 1.4 镁合金作为生物医用材料存在问题的主要解决途径及研究现状15-17
• 1.4.1 纯化15
• 1.4.2 合金化15-16
• 1.4.3 表面处理16
• 1.4.4 快速凝固16
• 1.4.5 晶粒细化16-17
• 1.5 课题的研究内容17-18
• 第二章 实验的材料和方法18-22
• 2.1 合金原料及实验所用设备18-19
• 2.1.1 熔炼合金的原料18
• 2.1.2 实验所用仪器设备18-19
• 2.2 镁合金及变形镁合金制备19-20
• 2.2.1 Mg-3Zn-0.2Ca合金的铸造19
• 2.2.2 Mg-3Zn-0.2Ca合金的热挤压变形19
• 2.2.3 Mg-3Zn-0.2Ca合金的ECAP变形19-20
• 2.3 镁合金组织观察及硬度测试20
• 2.3.1 微观组织观察20
• 2.3.2 X射线衍射(XRD)分析20
• 2.3.3 硬度测试20
• 2.4 镁合金耐腐蚀性测试20-22
• 2.4.1 模拟体液的配制20
• 2.4.2 电化学测试20-21
• 2.4.3 模拟体液浸泡试验21-22
• 第三章 Mg-3Zn-0.2Ca合金板材的制备及其显微组织与性能研究22-29
• 3.1 引言22
• 3.2 铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金及其挤压态合金板材显微组织的观察22-23
• 3.3 铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金及其挤压态合金板材电化学测试23-25
• 3.4 铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金及其挤压合金板材在模拟体液中腐蚀降解测试25-28
• 3.4.1 失重测试25-26
• 3.4.2 pH变化分析26
• 3.4.3 腐蚀形貌观察26-27
• 3.4.4 腐蚀产物分析27-28
• 3.5 本章小结28-29
• 第四章 Mg-3Zn-0.2Ca合金ECAP工艺设计与分析29-37
• 4.1 引言29
• 4.2 Mg-3Zn-0.2Ca合金等通道转角挤压温度的选取29-34
• 4.2.1 不同温度下等通道转角挤压试样外观形貌变化29-30
• 4.2.2 不同温度下等通道转角挤压试样显微组织变化30-34
• 4.3 Mg-3Zn-0.2Ca合金等通道转角挤压速度的选取34-35
• 4.4 本章小结35-37
• 第五章 等通道转角挤压对Mg-3Zn-0.2Ca合金显微组织演变的影响37-46
• 5.1 引言37
• 5.2 合金ECAP变形不同道次，不同方向截面的显微组织观察37-41
• 5.2.1 合金ECAP变形不同道次，各个方向截面的显微组织观察37-39
• 5.2.2 合金ECAP变形后相同方向截面，不同道次的显微组织观察39-41
• 5.3 Mg-3Zn-0.2Ca合金ECAP变形后的物相分析41-43
• 5.3.1 Mg-3Zn-0.2Ca合金ECAP变形不同道次的XRD分析41-42
• 5.3.2 Mg-3Zn-0.2Ca合金ECAP变形第二相分析42-43
• 5.4 Mg-3Zn-0.2Ca合金ECAP变形织构分析43-44
• 5.5 等通道转角挤压不同道次试样硬度变化44-45
• 5.6 本章小结45-46
• 第六章 等通道转角挤压对Mg-3Zn-0.2Ca合金耐蚀性的影响46-53
• 6.1 引言46
• 6.2 Mg-3Zn-0.2Ca合金ECAP变形电化学测试46-50
• 6.2.1 极化曲线测试46-48
• 6.2.2 EIS交流阻抗谱分析48-50
• 6.3 体外降解试验50-52
• 6.3.1 等通道转角挤压不同道次的试样腐蚀形貌观察50-51
• 6.3.2 失重测试及PH变化分析51-52
• 6.4 本章小结52-53
• 第七章 全文结论53-55
• 参考文献55-61
• 发表论文和科研情况说明61-62
• 致谢62-63

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本文编号：697569