高应变速率轧制对镁合金体外腐蚀行为的影响及其机理研究

摘要

镁合金以其良好的力学相容性、优异的生物相容性以及可降解性等优点，成为新型生物可降解植入材料，有望用作血管支架和骨植入材料。镁合金作为医用材料需要同时具备良好的耐腐蚀性能和力学性能，而通过细化晶粒能同时满足上述两种要求。目前，有关高应变速率轧制态细晶镁合金的生体腐蚀行为的研究报道较少。本文系统地研究了高应变速率轧制对镁合金生体腐蚀行为的影响及其作用机理。主要研究结果如下：
　　(1)轧制态镁材料的腐蚀规律不同于铸态合金。随着浸泡时间的延长，轧制态镁材料在0.9％NaCl和Hank's溶液中的平均腐蚀速率逐渐降低。与常规轧制相比，高应变速率轧制态镁合金在Hank's溶液中的平均腐蚀速率较低，自腐蚀电位更正和腐蚀电流密度更低，表现出更好的耐生体腐蚀性。同时，高应变速率轧制镁合金在长时间浸泡过程中呈现较小的抗拉强度下降幅度。以ZK60在Hank's溶液中浸泡15d为例，高应变速率轧制板材的平均腐蚀速率为0.29mg·cm-2· d-1;常规轧制板材的平均腐蚀速率为0.31 mg·cm-2·d-1;高应变速率轧制板材的抗拉强度下降幅度为20％，而常规轧制板材的抗拉强度下降幅度为23％。
　　(2)与常规轧制相比，高应变速率轧制可以提高镁材料的动态再结晶程度和细化晶粒。以ZK60为例，高应变速率轧制板材的平均晶粒尺寸为2.6μm，再结晶体积分数达90％以上;常规轧制板材的平均晶粒尺寸为8μm，再结晶体积分数为60％。
　　(3)与常规轧制相比，高应变速率轧制态ZK60合金中晶粒更为细小，再结晶程度更高、孪晶体积分数低、残余第二相相对粗大、纳米级β1相更为细密、残余压应力较低且基面织构强度稍高。
　　(4)高应变速率轧制提高镁合金耐生体腐蚀性能的原因在于晶粒细化、再结晶较充分、位错密度低、孪晶少、残余第二相相对粗大、纳米级β1相更细密和基面织构强度稍高等。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 医用镁合金材料的发展概况与存在的问题

1．2．1 发展概况

1．2．2 提高医用镁合金材料耐蚀性的研究进展

1．2．3 存在的问题

1．3 影响镁合金腐蚀行为的内在因素及其研究进展

1．3．1 晶粒尺寸的影响

1．3．2 第二相特征的影响

1．3．3 合金元素分布特征的影响

1．3．4 织构特性的影响

1．3．5 晶界结构的影响

1．3．6 残余应力的影响

1．4 大塑性变形对镁合金组织与性能的影响

1．4．1 大变形量轧制的影响

1．4．2 等径角挤压的影响

1．4．3 高压扭转的影响

1．5 本文的研究意义和主要内容

第2章 实验过程及研究方法

2．1 实验工艺流程

2．2 合金材料及其制备

2．2．1 合金熔炼与铸造

2．2．2 铸锭的均匀化处理

2．2．3 轧制

2．3 微观分析

2．3．1 相结构分析

2．3．2 金相分析

2．3．3 扫描电镜分析

2．3．4 透射电镜分析

2．3．5 织构分析

2．3．6 残余应力分析

2．3．7 断口分析

2．4 力学性能测试

2．5 体外腐蚀行为测试

2．5．1 静态浸泡实验

2．5．2 电化学实验

2．5．3 浸泡拉伸实验

第3章 高应变速率轧制对镁合金体外腐蚀行为的影响

3．1 引言

3．2 镁及镁合金在生理盐水中的腐蚀行为

3．2．1 静态浸泡腐蚀行为

3．2．2 电化学腐蚀行为

3．3 镁及镁合金在Hank’s溶液中的腐蚀行为

3．3．1 静态浸泡腐蚀行为

3．3．2 电化学腐蚀行为

3．3．3 力学性能退化规律

3．4 分析与讨论

3．4．1 高应变速率轧制对镁合金耐蚀性的影响

3．4．2 高应变速率轧制对镁合金腐蚀方式的影响

3．4．3 腐蚀介质对镁合金体外耐蚀性的影响

3．5 本章小结

第4章 高应变速率轧制提高镁合金耐生体腐蚀性能的机理研究

4．1 引言

4．2 高应变速率轧制与常规轧制板材的耐蚀性与微观组织特征的相关性

4．2．1 晶粒组织与相组成

4．2．2 残余第二相

4．2．3 元素分布

4．2．4 动态析出相

4．2．5 亚结构

4．2．6 残余应力

4．2．7 织构

4．3 高应变速率轧制提高镁合金耐蚀性机理的综合分析

4．3．1 细化晶粒提高镁合金耐蚀性分析

4．3．2 第二相粒子对腐蚀行为的影响分析

4．3．3 减少合金内部缺陷提高镁合金耐蚀性分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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