Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物材料的制备及性能研究

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镁合金由于其良好的力学性能和生物兼容性,成为21世纪最有应用前景的生物材料。目前广泛研究的生物镁合金,如AZ系、WE系等,都面临腐蚀速率过快、腐蚀不均匀等问题,如何降低其在体内环境中的腐蚀速率,提高材料的耐腐蚀性是本领域的重要研究方向。已有研究表明稀土元素在不影响生物兼容性的前提下,可以提高镁合金耐腐蚀性能与力学性能。因此开展微合金化生物镁合金的研究具有重要意义。本文以Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr镁合金为基础,以微合金化方式加入不同含量的稀土元素Y,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)研究了Y对Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr生物镁合金组织的影响;并通过析氢、失重测试及电化学方法研究其在模拟体液(SBF)中的生物腐蚀性能;采用拉伸试验和硬度测试研究其力学性能。另外通过固溶、时效等热处理探讨了不同处理方式对Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr-1Y合金组织和性能的影响。结果表明,稀土Y的添加可以提高合金的耐蚀性能与力学性能,并能减缓合金局部腐蚀程度;适量Y的添加使得合金的晶粒得到细化,析出相由连续分布变为断续状分布、趋于均匀,并形成新的析出相Mg24Y5。当Y添加量为1%时,合金腐蚀速率最低为1.051mm/a,仅为Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr合金的40.81%,且此时合金抗拉强度为165.52MPa,断后伸长率达到最大值11.13%,相对原始合金提高了71.90%。与铸态相比,适当温度的固溶处理使得合金中大部分析出相溶于基体,组织更加均匀;合金的腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减小,电化学腐蚀性能得到提高;固溶温度为500℃时,腐蚀速率为0.723mm/a,仅为铸态合金的68.81%;时效处理后Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr-1Y合金中有大量的细小弥散状析出相析出,时效时间为16 h时,腐蚀速率为0.488 mm/a,达到生物镁合金的耐蚀性能指标;热处理对Mg-2Nd-0.5Zn-0.4Zr-1Y生物镁合金的力学性能有较大提高,其中固溶态合金强度达到201.04MPa,伸长率为19.40%,综合性能最好。
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