Mg-5Zn-xSr镁合金的组织、力学性能和生体腐蚀性能研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huihui1989
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镁合金由于具有良好的生物相容性、力学相容性及可降解性等优点,能够作为生体植入承载件修复甚至取代生体中病变及损坏的硬组织。Mg-Zn-Sr系镁合金是生体植入镁合金材料重要体系,具有广阔的发展前景。然而,关于Zn和Sr同时添加于Mg基体后对Mg的微观组织和性能的影响机制的报道较少。本文系统地研究了 Sr对铸态和高应变速率轧制态Mg-5Zn基合金组织、性能与腐蚀行为的影响。主要研究结果如下:(1)少量Sr元素的添加能够显著细化铸态Mg-5Zn合金晶粒,其中0.6%Sr细化效果最佳。合金主要由α-Mg,Mg7Zn3,MgZn和Mg11Zn4Sr3组成。随着Sr含量的增加,第二相含量增多,沿晶界分布长大,同时形成Mg11Zn4Sr3相。(2)随着Sr含量的增加,铸态Mg-5Zn-xSr合金的室温力学性能和塑性呈现先增加后下降的规律,Sr含量为0.2%时综合力学性能最佳,其抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为233MPa、117MPa和15%;在Hank’s溶液和0.9%NaCl溶液中耐腐蚀性能先升高后下降;耐腐蚀性能最佳的是铸态Mg-5Zn-0.2Sr合金,在Hank’s溶液和0.9%NaCl溶液中浸泡7d的平均腐蚀速率分别为1.67mg/(cm2·d)和2.89mg/(cm2·d)。(3)高应变速率轧制能够显著细化铸态Mg-5Zn-xSr合金组织。随着Sr含量的增加,动态再结晶体积分数先下降后上升、平均晶粒尺寸呈先减小后增大;0.6wt.%Sr含量细化效果最佳,约为1.14μm。少量Sr添加使板材变形过程产生的空位、位错等晶格缺陷几率增加,从而提升溶质原子的扩散速度,增加形核核心,促进MgZn2相的动态析出。析出相钉扎再结晶晶界阻碍再结晶晶粒的长大。(4)少量Sr添加能够显著提升高应变速率轧制基体合金板材的综合力学性能和耐腐蚀性能。其中Sr添加量为0.6wt.%时达到最佳,板材的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为359MPa、305MPa和20%,细晶强化、析出强化和基面织构强化为主要强化机制;同时,少量Sr元素能够改善轧制态Mg-5Zn板材腐蚀后期(3 0d后)的耐腐蚀性能。
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