挤压工艺对血管支架用Mg-Zn-Y-Nd合金组织和性能的影响

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本文通过正挤压工艺和往复挤压工艺对铸态Mg-Zn-Y-Nd合金进行加工,采用OM、XRD、SEM&EDS、拉伸实验、电化学实验、失重分析等测试手段,研究了正挤压温度、挤压比及往复挤压道次对Mg-Zn-Y-Nd合金显微组织、力学性能和腐蚀性能的影响,并探讨往复挤压工艺参数对合金组织和性能的影响机理,为Mg-Zn-Y-Nd合金应用于血管支架材料的加工方法提供了依据。研究结果表明:正挤压工艺加工的合金,由于发生不完全动态再结晶,显微组织不均匀,第二相颗粒尺寸大小不一,形貌多呈短杆状分布在晶界处,具体的显微组织特征随挤压工艺参数不同而有所差异。在相同挤压比条件下,随着正挤压温度的升高,晶粒尺寸逐渐长大,在挤压比为56的条件下,当正挤压温度为270℃时,晶粒尺寸为5~8μm,320℃时合金的晶粒尺寸为10~13μm,当正挤压温度达到370℃时,合金的晶粒尺寸为15~20μm;第二相颗粒尺寸略有长大,体积分数逐渐减小。在相同挤压温度条件下,不同挤压比对应合金的晶粒大小有所不同,随着挤压比的增加,合金的晶粒尺寸略有减小,但是变化不大,当挤压比增加到一定数值后,晶粒尺寸变化不再明显。Mg-Zn-Y-Nd合金经过往复挤压后,随着往复挤压道次的增加,合金的显微组织逐渐趋于均匀,晶粒尺寸逐渐减小,纳米级第二相颗粒均匀分布在晶粒内部;其中,往复挤压1道次合金的显微组织不均匀,细晶粒尺寸约1~3μm,粗晶粒尺寸约4~7μm;而经过2道次和4道次往复挤压后的合金,其晶粒尺寸约1μm,明显细化,显微组织为均匀的等轴晶组织;第二相发生明显破碎,沿着晶界呈断续状分布,同时,有些第二相形成团簇状分布,固溶析出的纳米级颗粒均匀分布在晶粒内部,这些第二相的尺寸约为200nm。力学性能测试结果表明:在正挤压工艺条件下,当正挤压温度为320℃、挤压比为36时,合金的综合力学性能较好,抗拉强度值为268MPa,屈服强度值为212MPa,伸长率为34.5%;在往复挤压工艺条件下,经过2道次挤压的合金,其力学性能较好,合金的抗拉强度为316MPa,屈服强度值为238MPa,伸长率为30.7%;与铸态合金的力学性能(抗拉强度209MPa,屈服强度105MPa,伸长率8%)相比,经过正挤压和往复挤压工艺加工的合金,力学性能都得到了明显的改善,满足其作为血管支架材料的性能要求。电化学实验结果表明:在相同挤压比的条件下,随着正挤压温度的升高,合金的白腐蚀电位逐渐升高,腐蚀电流密度随之降低;当正挤压温度为370℃条件下,在挤压比为56时,合金有较好的电化学腐蚀性能,自腐蚀电位为-1.705V,腐蚀电流密度为1.375e-5A·cm-2;不同道次往复挤压工艺加工的合金,随着往复挤压道次的增加,合金的腐蚀电位值逐渐增高,往复挤压4道次合金的电化学腐蚀性能较好,腐蚀电位为-1.723V,腐蚀电流密度为5.775e-5A·cm-2。结果表明往复挤压4道次合金的腐蚀电位虽然与挤压态合金相比数值要低,但是腐蚀电流密度与挤压态相比降低了一个数量级,因此往复挤压工艺加工的合金耐腐蚀性能要高于挤压态合金。失重分析结果表明:经过往复挤压工艺加工的Mg-Zn-Y-Nd合金在模拟体液中浸泡24h后,表面腐蚀形貌呈现均匀腐蚀特征,这是由于往复挤压后合金的晶粒组织细化、晶界处形成大的网格状第二相以及纳米相均匀分布在晶粒内部所致;而在相同的浸泡时间内,铸态合金和正挤压工艺加工的合金都表现出不同程度的点蚀现象。因此,往复挤压工艺为镁合金用于血管支架的制备提供了可行的方法。
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