Mg-Zn-Ca合金及其复合材料制备、组织和性能的研究

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由于具有适宜的弹性模量和与人体骨相近的密度,不含有毒元素的镁合金及其复合材料被认为是一种极具潜力的生物可降解材料。然而,大部分工业镁合金无法满足在生物体实验中对力学性能和腐蚀性能的要求。本研究通过冶炼方法制备了Mg-xZn-1Ca合金(x =0, 1, 3, 5)及其以羟基磷灰石(HA)为增强体的复合材料。通过对材料的微观组织分析,力学性能和腐蚀性能测试,得到以下结论:1.随Zn元素加入量的增加,Mg-Zn-Ca合金组织中的金属间化合物(Ca2Mg6Zn3)颗粒的含量逐渐增多。同时,合金的强度、硬度相应增加。2.通过冶炼方法,HA颗粒可加入到Mg-Zn-Ca合金基体中,但传统铸造工艺制备的复合材料中有颗粒团聚现象,且随着增强体含量增多,团聚体的尺寸变大;HPDC工艺可以略微改善这种状况,但是仍有大尺寸的聚合体存在。MCAST加工方法可以有效地分散HA颗粒及第二相,使组织结构趋于均匀。3.添加Zn、Ca元素可细化合金晶粒。加入HA颗粒细化Mg-xZn-1Ca(x=0, 1, 3, 5)合金晶粒的效果更加显著。4.对含有Al元素的商业合金,特别是对AZ91D的晶粒尺寸有显著细化效果。通过冷却曲线测试,证明了HA颗粒可以作为有效地形核点,加快非均匀形核过程的进行。5. HPDC试样的拉伸性能,可以通过HA颗粒的添加而提高。同时,Mg-Zn-Ca /HA复合材料的平均维氏硬度明显要高于相对应合金的硬度。而且,随着HA颗粒含量的增加,试样平均维氏硬度的值随之提高。但由于HA颗粒团聚,复合材料的硬度分布有不均匀现象。6.适量HA颗粒的添加,可以有效地提高HPDC试样在模拟体液中的抗腐蚀性能。但随着HA逐渐添加而造成的大量结构缺陷的存在,试样的腐蚀速率就会有所提高。经过MCAST加工方法制备的相同成分试样,较HPDC相比要具有更好的腐蚀性能。
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