Mg-1Mn-1Zn镁合金的组织与性能研究

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镁金属具有良好生物相容性、力学相容性及可降解性,作为生物材料具有发展前景,但是纯镁的力学性能差,腐蚀速率过快限制了它在医学领域的应用。本文对可能的合金化元素进行了综合考虑,最终选定1wt%Zn和1wt%Mn作为添加的合金化元素。采用气体(CO2+SF6)保护,熔炼制备出Mg-1Mn-1Zn合金,并将其热挤压成棒材。   采用光学显微镜,扫描电镜观察铸态及挤压合金的显微组织,并利用差热分析和X射线衍射分析合金相组成;利用HB-3000布氏硬度计及电子万能拉伸试验机,测试合金的力学性能;采用静态浸泡试验(失重法)及电化学测试技术,研究了合金分别在0.9%NaCl溶液和SBF溶液中的腐蚀行为,并使用扫描电镜观察合金腐蚀微观形貌,用能谱、X射线衍射分析了腐蚀产物的成分及组成。研究得出以下结论:   1、金属型铸造的Mg-1Mn-1Zn合金室温组织由树枝状的α-Mg相、非平衡共晶MgZn化合物相和脱溶析出的α-Mn相构成。合金通过挤压温度为320℃,挤压比为12.75的正挤压后,组织没有发生动态再结晶,晶粒发生严重的畸变并沿挤压方向被拉长,呈现纤维状组织。   2、铸态Mg-1Mn-1Zn合金的硬度41.6HBS,抗拉强度是191.3MPa,屈服强度是49.1MPa,延伸率是21.3%,压缩率是30%:经过正挤压Mg-1Mn-1Zn合金的硬度57.3HBS,抗拉强度是281.4MPa,屈服强度是273.4MPa,延伸率是7.2%,压缩率是10%;由此可知,挤压提高了合金的强度却降低了其塑性变形能力。   3、Mg-1Mn-1Zn合金的平均腐蚀速率随时间增加而逐渐降低,随着浸泡时间的延长,腐蚀速率趋于稳定。电化学测试与静态浸泡试验结果一致,均表明挤压态合金横截面的耐腐蚀性优于铸态合金。在0.9%NaCl溶液中浸泡264h后,挤压态Mg-1Mn-1Zn镁合金的平均腐蚀速率为0.44mm/a,比铸态镁合金的低26.7%。在SBF溶液中浸泡264h后,挤压态Mg-1Mn-1Zn镁合金的平均腐蚀速率为5.13mm/a,比铸态镁合金的低8.8%。
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