Mg-Mn-Ca合金的显微组织、力学性能及耐蚀性能研究

【摘要】镁合金因其具有良好的机械性能在工程应用领域已经被广泛的应用,技术上也已经比较成熟,但是镁合金的耐蚀性能差限制了其在某些领域的应用。近年来有关生物可降解植入材料的研究越来越多,镁合金由于弹性模量与人体骨组织非常接近,并且在生物体内可以被生物组织液降解吸收,作为金属植入材料,可以避免二次手术,减轻患者的痛苦与治疗费用,因此有关镁合金生物降解性能的研究越来越多。研究发现镁合金的腐蚀速率过快,腐蚀产物的产生速率大于人体的吸收速率,会积留在生物体内,产生一定的副作用,不利于疾病的恢复,限制了其应用。本课题通过在体外模拟人体体液的环境下,研究镁合金的耐蚀性能,采用合金化及热处理的方式来降低其腐蚀速率,使其腐蚀速率达到人体能够接受的标准。研究工作中,采用金属模铸造法制备了Mg-2Mn-xCa合金(x=0.8,1.0,1.2,wt%)并对其进行固溶时效处理。利用光学显微镜、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜和能谱仪(SEM-EDX)、万能力学试验机研究了钙含量及固溶处理工艺对合金的金相组织、物相结构、成分分布、力学性能的影响；利用电化学工作站和自制浸泡析氢装置测定合金的腐蚀极化曲线和析氢曲线,分析了钙含量及固溶处理对合金腐蚀性能的影响。结果表明：随着钙含量的增加,铸态和固溶态的晶粒都在逐渐变细。同种成分的合金经过固溶处理之后晶粒均略微变大。铸态合金主要由α-Mg基体相、晶界处的网状Mg2Ca相和分布在基体上的颗粒状β-Mn单质相构成,经过固溶时效处理之后,合金晶界处的网状析出相基本固溶到镁基体内,锰单质析出相变成细长条状或细小的颗粒状时效析出相分布在镁基体上。力学性能测试结果表明：随着钙含量的增加,铸态、固溶态合金的抗拉强度均逐渐提高,延伸率逐渐降低,固溶时效处理之后合金的延伸率和抗拉强度与铸态合金相比均有很大的提高。合金的析氢曲线图表明：在37.5℃模拟体液中浸泡56h测得合金的析氢速率为铸态0.8Ca合金的析氢速率最高,1.0Ca合金的腐蚀速率最低,合金经过固溶处理之后各成分合金的析氢速率都有所降低,1.0Ca(T4)合金的析氢速率最低,合金去掉腐蚀产物的SEM组织图及腐蚀边界图表明合金主要是沿着晶界和集体内的析出相进行腐蚀的,钙含量较低时析出相少、分布不均匀不容易形成腐蚀阻挡层,合金的腐蚀速率高,但是钙含量过高时会形成过多的阴极相使合金腐蚀速率加快,因而1.0Ca合金的腐蚀速率最低,耐蚀性能最好。合金的腐蚀极化曲线图结果表明：铸态合金中1.0Ca合金的腐蚀电位最高、电流密度最小,1.2Ca合金的腐蚀电位最低,0.8Ca合金的腐蚀电流密度最大,经过固溶时效处理之后同种成分合金的腐蚀电位均有所提高、腐蚀电流密度均有所降低,固溶时效态合金中仍是1.0Ca(T4)合金的腐蚀电位最高、腐蚀电流密度最小,1.2Ca(T4)合金的腐蚀电位最低,0.8Ca(T4)合金的腐蚀电流密度最大,即本实验中铸态和固溶态Mg-2Mn-1.2Ca合金的耐蚀性最好,且固溶处理后合金的耐蚀性明显比铸态好,这主要是由于合金经过固溶处理之后合金晶界处的析出相全部固溶到基体内,提高了合金的晶界耐蚀性能,从而使合金整体的耐蚀性能得到改善。
【作者】张金玲；
【导师】曹占义；
【作者基本信息】吉林大学，材料学，2014，硕士
【关键词】镁锰钙合金；晶粒细化；热处理；力学性能；模拟体液；耐蚀性；

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