论文部分内容阅读
镁合金因其良好的生物相容性和可降解性,成为有前景的医用金属材料,然而较差的耐腐蚀性能制约了其在生物植入材料领域的发展,目前可降解医用镁合金材料的研究热点是如何提高镁合金在生理环境中的耐腐蚀性能。本文以Mg-2Zn-1Y合金为基础合金,通过合金化对合金成分进行优化,研究了微量元素Sr、Ca和Zr对Mg-2Zn-1Y合金组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响,优选出综合性能较好的Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金。在此基础上,对Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金进行固溶处理、热挤压变形来改善合金组织、力学性能和耐腐蚀性。采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、激光共聚焦显微镜（LSCM）、拉伸测试、浸泡测试和电化学测试等方式研究了固溶处理、热挤压变形对Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金组织与性能的影响。研究结果表明:铸态Mg-2Zn-1Y基础合金组织为粗大的等轴晶,平均晶粒尺寸约为165.64μm;添加微量Sr、Ca和Zr元素后,Mg-2Zn-1Y合金组织得到不同程度细化,其晶粒大小分别为106.50μm、125.23μm和51.30μm。添加Zr元素合金具有较好的力学性能和耐腐蚀性能,其UTS、YS和EL分别为178.4 MPa、80.7 MPa和19.0%,在SBF中浸泡120 h后的平均腐蚀速率为0.623 mm/y。铸态Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金主要由等轴α-Mg基体和颗粒状Mg3Y2Zn3相组成,在400、420、440、460和480℃固溶处理10 h,合金中第二相体积分数逐渐减少,晶粒尺寸不断增大。固溶处理后仍有尺寸较小的颗粒状Mg3Y2Zn3相残留。在400-480℃范围内固溶处理后,合金的力学性能和耐腐蚀性能随着固溶温度的升高呈现先增大后降低的趋势。固溶温度为440℃,合金第二相体积分数为0.02%,晶粒尺寸为110±2μm,合金具有较好综合性能,其UTS、YS和EL分别为189.3±4.7 MPa、93.5±0.8 MPa和23.3±0.7%,在SBF中浸泡120 h后的平均腐蚀速率为0.304±0.021 mm/y,合金腐蚀以丝状腐蚀为主。固溶态Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金经热挤压变形后,晶粒得到明显细化。挤压温度为440℃时,合金组织由拉长的α-Mg粗晶粒和细小的再结晶晶粒组成,其晶粒尺寸为3.4μm。当挤压温度从460℃升高到500℃,晶粒尺寸从2.8μm增大到4.9μm,晶粒明显长大。挤压温度在440-500℃范围内,合金的力学性能和耐腐蚀性能随着挤压温度的升高呈现先增大后减小的趋势。当挤压温度为460℃时,合金主要由细小的再结晶晶粒和纳米级颗粒状Mg3Y2Zn3相和块状Zn2Zr相组成,组织均匀,合金具有较好的力学性能和耐腐蚀性能,其UTS、YS和EL分别为317.1±5.5 MPa、293.9±4.9 MPa和16.7±1.5%,合金在SBF浸泡120 h的平均腐蚀速率为0.669±0.017 mm/y,合金腐蚀为均匀腐蚀模式。