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AZ31镁合金细管塑性加工工艺及腐蚀研究

裴崇雷  
【摘要】:镁合金由于具有良好的生物力学相容性、可降解性以及优良的机械性能,而在现代介入医疗应用领域展现出很大优越性,可作为理想的心血管支架医用材料。本文研究一种在传力润滑介质作用下大长细比镁合金细管的低温挤压及拉拔新技术,并揭示其低温挤压塑性变形机理以及塑性变形规律,综合开发出了一种尺寸精度较好、强韧性较高的镁合金薄壁细管,实现了镁合金薄壁细管组织性能与精密成形控制一体化,对于拓展微尺寸高强韧镁合金细管在生物领域医用方面具有重要意义。本文以AZ31铸态镁合金作为原始坯料,采用空心锭正向挤压成形的方法,对挤压工艺及成形出薄壁细管的模拟体液腐蚀实验进行了系列研究。首先确定了挤压成形工艺及参数,然后根据实验条件确定实验过程中的最优参数,对挤压后的管材壁厚的均匀性进行了对比和分析,然后进行了管材的热处理工艺实验,研究了镁合金晶粒的大小与热处理温度和时间的关系,并对其力学性能进行了分析,为了了解镁合金细管的腐蚀速率及腐蚀产物,做了进一步的模拟体液腐蚀实验。实验研究表明:经380℃保温12h均匀化处理后的铸态AZ31镁合金,晶界处的第二相基本融入基体中,偏析减少,不均匀性降低。外径为3.0mm的细管由于经过两次挤压变形,大的塑性变形促进了动态再结晶的进行,晶粒尺寸为5.0μm,并明显提高了力学性能,可达223.5MPa的抗拉强度和9.5%的伸长率,拉伸断口为韧性断裂。热处理温度为225℃时,所得组织最为均匀细小,抗拉强度较高,为257.5MPa,伸长率较高,性能较为优良;热处理时间为45min时,材料具有较高的力学性能,伸长率达7.5%,晶粒大小均匀,平均晶粒为5.1μm,断口为韧性断裂。由外径为3.0mm拉拔到2.5mm时,细管伸长率由9.5%下降到7.3%,但抗拉强度从223.5MPa提高到240.3MPa;拉拔到外径为2.0mm时,伸长率为7.0%,抗拉强度为256.3MPa。对外径为3.0mm、2.5mm及2.0mm的细管进行Hank’s模拟体液腐蚀,腐蚀类型主要为晶界腐蚀和晶内腐蚀,孪晶和晶粒尺寸影响了腐蚀速率,孪晶越少,晶粒越小,腐蚀速率越快。最大腐蚀速率为28.5mg/(cm2·day),最小腐蚀速率为9.3mg/(cm2·day)。体液腐蚀时产生了白色絮状的腐蚀产物,经XRD测试分析确定为Mg(OH)2,同时可检测到腐蚀产物中有少量的Mg H2的存在。


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