Mg-4Zn-0.5Zr合金的组织及腐蚀性能研究

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生物医用镁合金具有良好的生物相容性、可降解性等优点,但腐蚀降解速度过快成为限制其发展的重要因素。针对医用镁合金腐蚀速度过快的问题,本文通过添加具有良好生物相容性的Zn、Zr元素,制备 Mg-4Zn-0.5Zr(重量百分比,以下简称 ZK40)三元合金。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、布氏硬度计等,研究了Zn、Zr元素对合金微观组织和力学性能的影响;采用电化学工作站和体外静态浸泡系统研究了合金腐蚀行为;通过挤压及不同的热处理方式,研究了挤压变形及热处理对合金微观组织、力学性能和腐蚀性能的影响。最终得到以下结论:  (1)铸态 ZK40合金组织由α-Mg相和分布于晶界处的Mg7 Zn3相及其分解后产生的MgZn化合物组成,晶粒尺寸约为200μm。挤压变形使合金晶粒细化并部分发生动态再结晶,晶粒尺寸降至5-20μm,晶界处的锌元素由于扩散作用,形成较宽的富锌带。由于细晶强化的作用,合金的硬度相对于铸态提高了约56%。  (2)T4处理后,合金组织中原本分布于晶界处的第二相大部分固溶于基体中,晶粒有长大趋势。T6处理后合金中有细小的第二相弥散析出,并随着时效时间的延长析出相数量增加,经过24h时效处理后合金硬度增加约40%。  (3)铸态ZK40合金的平均腐蚀速率随时间增加逐渐降低,经过120h浸泡后,腐蚀速率约为2.12mm/a。铸态ZK40合金的电化学阻抗Rp随时间的延长而逐渐增大,经过5h浸泡后Rp从最初的的193.4Ω增加到480.3Ω。T4-ZK40合金经过120h浸泡腐蚀后,腐蚀速率为1.13mm/a,减小了约46%。  (4)经过热挤压变形后的EX-ZK40合金,原本因非平衡凝固而富集在晶界处的锌元素,在挤压变形的作用下形成较宽的富锌带。当腐蚀从基体开始时,富锌带对基体的包围可以起到抑制腐蚀的作用,从而降低了腐蚀速率。经过热挤压变形后,合金的腐蚀速率为1.24 mm/a,减小约40%。
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