合金元素对变形Mg-Bi基合金组织和腐蚀行为影响的研究

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镁合金因为低密度和高强度以及低的比强度而作为结构金属材料具有很好的工业前景。此外,镁合金本身具有良好的生物相容性、力学相容性以及生物可降解等优点,使其在医学领域的应用也得到了研究者的青睐。然而,因为镁合金的耐腐蚀性能较差,阻碍了镁合金的发展应用,尤其是在人体液体环境中,使其腐蚀速率加快。通过添加对人体无毒无害的合金化元素和变形加工处理可以同步提高镁合金耐腐蚀性能和力学性能,为新型医用镁合金的研发提供了一种可供参考的方法。  因此,本文添加Sn、Al和Zn等合金元素到Mg-Bi基合金中以及轧制和挤压变形的方法来提高合金的耐腐蚀性能和力学性能,结合微观组织特性和腐蚀行为分析,揭示其腐蚀机制和强化机制,从而获得机械性能和耐腐蚀性能较好的优化合金成分和变形工艺。研究结果表明:  (1) 为了获得合金化元素Sn的最佳含量,研究了轧制态Mg-6Bi-xSn (x=0%、1%、2%和3 wt.%)四种合金的组织演变和性能。合金的硬度值随着Sn含量的增加而增大,这主要是由于细小的晶粒和弥散分布的第二相颗粒的共同作用的结果,另外,随着Sn含量的增加,腐蚀速率先减小再增大,这是因为晶粒细化降低合金的腐蚀速率和过多的第二相颗粒增加合金的腐蚀速率竞争机制的结果,Mg-6Bi-2Sn合金由于其均匀的微观组织而表现出最佳的综合性能。  (2) 通过研究铸态和轧制态Mg-6Bi-2Sn合金的腐蚀行为,讨论微观结构特征对腐蚀性能的影响,进一步深入研究轧制态合金耐腐蚀性能提高的原因,经过轧制处理,平均晶粒和第二相颗粒的尺寸明显减小,合金的腐蚀机理由晶间腐蚀(铸态)变为均匀的点蚀(轧制态),电化学和浸泡实验结果表明,轧制态Mg-6Bi-2Sn合金的腐蚀速率明显降低的原因主要是由于晶粒细化、细小第二相颗粒的均匀分布、择优的晶粒取向和表面钝化膜的形成。  (3) 为了避免第二相颗粒造成的微电偶腐蚀,研发了低合金含量的挤压态Mg-1Bi-1Al-1Zn合金,探究了挤压态合金的腐蚀行为和拉伸性能对其微观结构特性的依赖性,挤压态合金主要由微尺寸的α-Mg动态再结晶(DRXed)晶粒和强织构粗大未动态再结晶(unDRXed)晶粒以及析出的纳米级Mg3Bi2相颗粒组成,挤压态合金组织中大多数基面织构平行于挤压方向,挤压态合金具有局部腐蚀的特点,从晶粒尺寸、晶体结构和腐蚀产物等方面对腐蚀机理进行了说明和分析。
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