Zr和Nd对镁锌钙合金力学性能和耐蚀性的影响

【摘要】镁锌钙合金由于具有较高的比强度和比刚度，且弹性模量与人体骨骼相近，同时具有良好的生物相容性，是目前医用合金领域的研究热点，但该系列合金的力学性能和耐蚀性还没有达到应用的标准，而据研究合金元素Zr和Nd可以显著改善镁合金的显微组织，提高镁合金的力学性能和耐蚀性。本工作制备了铸态和固溶态Mg-4Zn-0.5Ca-xZr（x=0.2，05，0.8）和Mg-4Zn-0.5Ca-xNd（x=1，2，3）合金，并分别进行了测试分析。通过金相、SEM、EDS和XRD实验，分析了合金元素和固溶处理对显微组织的影响；通过拉伸测试和断口观察，分析了显微组织改变对合金力学性能的影响；通过析氢实验、电化学测试和腐蚀形貌观察，分析了显微组织改变对合金耐蚀性的影响。得出如下主要结论：1）铸态Mg-4Zn-0.5Ca-xZr合金的显微组织由α-Mg、Ca2Mg6Zn3相和Zr单质相组成。随Zr含量的增加，晶粒不断细化，固溶处理后晶粒内部和晶界处大量Ca2Mg6Zn3相溶入基体中，在晶粒内部还出现了少量的椭圆形Mg2Zn3相；随Zr含量的增加，铸态Mg-4Zn-0.5Ca-xZr合金的力学性能不断提高，Zr含量为0.8wt.%时，屈服强度达到最大值126MPa，Zr含量为0.5wt.%时，抗拉强度和延伸率分别达到最大值197MPa和16%，固溶处理后各项力学性能指标进一步提高，当Zr含量为0.5wt.%时，屈服强度和抗拉强度分别达到最大值146MPa和243MPa，当Zr含量为0.2wt.%时，延伸率达到最大值18.1%；随Zr含量的增加，铸态Mg-4Zn-0.5Ca-xZr合金的耐蚀性也显著提高，当Zr含量达到0.5wt.%时，具有最佳耐蚀性能，析氢速率和腐蚀电流密度分别达到最小值0.0177ml/cm2·h和6.18μA·cm-2，腐蚀电位达到最大值-1.51V，固溶处理后，耐蚀性进一步提高，当Zr含量为0.5wt.%时，析氢速率和腐蚀电流密度分别达到最小值0.0166ml/cm2·h和5.164μA·cm-2，腐蚀电位增大到最大值-1.492V。2）铸态Mg-4Zn-0.5Ca-xNd合金的显微组织由α-Mg、Ca2Mg6Zn3相、Mg2Zn3相和Mg12Nd相组成，随Nd含量的增加，晶粒不断细化，出现很多细小的枝晶，整体形态由枝晶向等轴晶转变，固溶处理后晶粒内部和晶界上部分Ca2Mg6Zn3相和Mg2Zn3相溶入基体，晶界变的不连续，枝晶消失；随Nd含量的提高，铸态Mg-4Zn-0.5Ca-xNd合金的力学性能不断提高，当Nd含量达到2wt.%时，屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到最大值110MPa、192MPa和14.4%，固溶处理后力学性能进一步提高，当Nd含量达到2wt.%时，屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到最大值135MPa、227MPa和16.9%；随Nd含量的提高，铸态Mg-4Zn-0.5Ca-xNd合金的耐蚀性也显著提高，当Nd含量达到2wt.%时，析氢速率和腐蚀电流密度分别达到最小值0.0261ml/cm2·h和12.22μA·cm-2，腐蚀电位达到最大值-1.462V，具有最佳耐蚀性能，固溶处理后，耐蚀性进一步提高，当Nd含量达到2wt.%时，析氢速率和腐蚀电流密度分别达到最小值0.0155ml/cm2·h和10.42μA·cm-2，腐蚀电位增大到最大值-1.338V。
【作者】郭亮；
【导师】曹占义；
【作者基本信息】吉林大学，材料学，2014，硕士
【关键词】镁锌钙合金；Zr和Nd；固溶处理；力学性能；耐蚀性；

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