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《郑州大学》 2010年
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高压扭转工艺对生物镁锌钙合金组织及性能的影响

任振伟  
【摘要】: 镁及镁合金应用于生物可降解材料存在两大难题:降解速率过快和力学性能满足不了医用要求。高压扭转技术(High pressure torsion,HPT)细化晶粒效果显著,从而提高材料力学性能及耐腐蚀性能,成为解决生物镁合金应用的最有途径之一。通过OM、SEM,XRD、TEM及SAED等分析高压扭转变形对Mg-Zn-Ca合金微观组织的影响。通过浸泡实验及电化学实验分析变形前后镁合金在模拟体液中的腐蚀降解行为。 研究结果表明:铸态镁合金由α-Mg和MgZn相组成,晶粒大小在~130μm,第二相主要弥散分布在晶界处。HPT态镁合金的组织由α-Mg和Mg4Zn7相组成。应变诱发第二相相变。第二相颗粒主要分布在晶粒内部,尺寸在10~75nm范围。试样中心区域晶粒大小在~1.2μm,晶界较为纯净;边缘区域晶粒大小在~1μm,获得超细晶组织,晶界为非平衡晶界。 随着距离试样中心距离位置的增加,试样上真应变值不断增加,最高达6.5。与应变分布不同,高压扭转变形后硬度值分布沿着直径方向上较为均匀,平均值(115Hv0.1)较铸态合金(39Hv0.1)提高了近三倍。对其变形机制探索认为,在高压扭转过程中发生了动态再结晶导致了镁合金获得超细晶组织。 浸泡实验表明,随着浸泡时间的延长,溶液pH值均增加,但HPT态镁合金的增速较慢。铸态镁合金表面存在大量的腐蚀坑,腐蚀坑中存在大量钙磷盐沉积,形成OCP相及(Ca,Mg)CO3相。而在HPT态试样上形成Mg(OH)2膜,随着浸泡时间的延长,Mg(OH)2膜破裂变成(Ca,Mg)CO3沉积,且有少量钙磷盐沉积,但未出现腐蚀坑。 极化曲线表明,HPT态镁合金的电流密度较铸态合金小了近两个数量级,极化电阻为铸态合金的近100倍,说明其在模拟体液中腐蚀速度减慢,腐蚀阻力增大。铸态镁合金的交流阻抗谱由两个容抗弧和一个感抗弧组成。而HPT态却只有一个容抗弧组成。建立等效电路显示,HPT态镁合金的转移电阻是铸态合金的两个多数量级。 高压扭转变形前后材料的腐蚀机理:铸态镁合金中晶界处缺陷较多,第二相主要分布在晶界,电偶腐蚀促使腐蚀坑的出现。HPT态镁合金中,晶界较为 纯净,第二相纳米颗粒分布在晶粒内部,基相腐蚀形成的腐蚀产物较为致密, 晶粒内部的第二相阻止腐蚀的扩展。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG146.22

【参考文献】
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