生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金显微组织与性能研究（英文）

针对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca的显微组织、力学性能以及生物腐蚀行为,采用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、拉伸实验机、电化学以及浸泡测试方法进行了研究。XRD结果表明Mg-3Zn-0.2Ca合金中的第二相主要为Mg_7Zn_3,Mg_2Zn_3,Mg_4Zn_7等金属间化合物相。相比于铸态,经过56:1挤压比变形后的Mg-3Zn-0.2Ca合金晶粒明显细化,平均晶粒尺寸从119.1μm降到2.5μm,降低了47.6倍。挤压态Mg-3Zn-0.2Ca合金的屈服强度(0.2%TYS)、抗拉强度以及延伸率分别为205,336 MPa和17.85%,电化学以及浸泡测试表明挤压态合金的耐蚀性明显优于铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金,其主要归因于晶粒细化。新设计的生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金呈现出了良好的综合力学性能以及生物耐蚀性。     

生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金显微组织与性能研究

生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金的显微组织,力学性能,腐蚀行为通过光学显微镜,扫描电镜,力学测试以及模拟体液浸泡手段进行了研究。X射线衍射结果表明该合金的主要第二相为Mg7Zn3, Mg2Zn3, 和Mg4Zn7的金属间化合物相。经过56:1挤压比后的挤压态Mg-3Zn-0.2Ca合金的晶粒尺寸平均为2.5um,相比铸态的119.1um下降了47.6倍。屈服强度,抗拉强度以及延伸率分别为205MPa, 336MPa 和17.85%。挤压态合金的耐蚀性也明显优于铸态合金,其原因主要为晶粒细化。本文设计的新型生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金呈现出良好的综合力学性能以及耐蚀性。     

MgO改性HA对Mg-Zn-Zr/m-HA复合材料组织及性能的影响

为改善复合材料中纳米增强体易团聚的问题,将陶瓷纳米棒HA进行表面包覆Mg O改性处理(m-HA),并采用高熔体剪切搅拌技术制备Mg-3Zn-0.8Zr合金(MZZ)、Mg-3Zn-0.8Zr/1HA复合材料(MZZH)和Mg-3Zn-0.8Zr/1m-HA复合材料(MZZMH)。研究了m-HA对Mg-Zn-Zr/HA复合材料微观组织、力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,陶瓷纳米棒HA的加入细化了MZZ合金的组织,提高了MZZ合金的力学性能和电化学耐蚀性能。与MZZH相比,MZZMH的晶粒更加细小均匀,陶瓷纳米棒在基体中的分布更均匀。挤压态MZZMH的力学性能较MZZH显著提高,其硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到92 HV、291 MPa、325 MPa和8.62%。MZZMH的自腐蚀电位比MZZH高59 m V,MZZMH的腐蚀速率较MZZH降低,在SBF中浸泡7 d后稳定在5 mm/a。腐蚀机理的不同使MZZMH复合材料的耐蚀性能优于MZZH。因此,MgO改性可有效促进HA纳米棒的均匀分布,进而显著提高MZZMH的力学性能和耐蚀性。     

热处理对往复挤压态Mg-4Al-2Si合金组织和性能的影响

研究了往复挤压态Mg-4Al-2Si合金经固溶处理及固溶 时效处理后的组织与性能.结果表明,固溶处理后合金的硬度、抗拉强度与屈服强度均降低,伸长率出现最大值;经固溶 时效处理后合金的晶粒明显长大,硬度、抗拉强度及塑性降低,屈服强度降低显著.合金挤压态与往复挤压后固溶处理态的断裂形式为韧性断裂;挤压态合金经过固溶 时效处理后的断裂形式为脆性准解理断裂.     

等通道转角挤压对生物Mg-Zn-Ca合金显微组织与腐蚀行为的影响

旨在探讨等通道转角挤压(equal-channel-angular-pressed,ECAP)对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金的显微组织以及腐蚀行为的影响。对铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金进行了1,2,4道次的剪切挤压变形。采用光学显微组织观察、X射线反射法、电化学等手段研究了挤压道次对镁合金显微组织、织构以及腐蚀行为的影响,也特别关注了ECAP对试样的不同截面方向的显微组织演变以及模拟体液(simulatedbodyfluid,SBF)电化学腐蚀行为的影响。结果表明:ECAP变形后铸态Mg-3Zn-0.2Ca镁合金晶粒逐渐细化,变形后镁合金呈现出与挤压方向呈一定角度的002面剪切织构;随着挤压道次增加,合金的耐蚀性先增加后降低。等通道转角挤压对合金耐蚀性的影响是晶粒尺寸、晶体缺陷和织构变化的综合效果;ECAP变形后合金不同截面方向呈现不同的耐蚀性,垂直于挤压方向截面的耐蚀性优于另2个方向截面的耐蚀性。     

生物医用Mg-6Zn-xGd合金的挤压组织与腐蚀性能

通过光学显微镜和扫描电子显微镜研究了Mg-6Zn-x Gd(x=0~4)合金的挤压态组织,测试了其拉伸力学性能和耐蚀性能。结果表明:随着Gd含量的增加,挤压态组织明显细化,平均晶粒尺寸从Mg-6Zn合金的12mm逐渐减至Mg-6Zn-3.41Gd合金的2mm;挤压态拉伸力学性能明显提高,抗拉强度σ_b和屈服强度σ_(0.2)分别逐渐提高至Mg-6Zn-3.41Gd合金的350 MPa和325 MPa,延伸率δ先降低后提高,且均不低于10%。挤压态Mg-6Zn合金的腐蚀速率较慢,为典型的局部腐蚀;添加少量Gd(质量分数0.66%)后,合金的腐蚀速率稍增大,但腐蚀变得更均匀,朝着均匀腐蚀的方式发展;添加较多量Gd(1.66%和3.41%)后,合金的耐蚀性能急剧恶化。     

Mg-0.5Zn-0.4Zr-5Gd生物镁合金组织及耐蚀性

对铸态Mg-0.5Zn-0.4Zr-5Gd(质量分数,%)合金分别进行了固溶处理(T4)和固溶+时效处理(T6)。利用光学显微镜、X-射线衍射仪和透射电子显微镜研究了不同状态下合金的显微组织,采用静态腐蚀试验及电化学方法测试了不同状态合金在模拟体液中的耐蚀性,研究了固溶、固溶+时效处理对合金组织和耐蚀性的影响。结果表明,铸态Mg-0.5Zn-0.4Zr-5Gd合金的第二相主要为Mg3Gd和Mg5Gd相,合金经T4和T6处理后腐蚀速率降低,容抗弧半径增大,腐蚀电位Ecorr正移,腐蚀电流密度Icorr降低。其中合金经T6处理后其平均腐蚀速率为0.486 mm/year,腐蚀电位Ecorr较正,容抗弧半径较大,呈现出良好的耐蚀性。     

等通道转角挤压对Mg-4Zn-1Mn-0.2Ca合金显微组织与腐蚀性能的影响

探讨了等通道转角挤压对生物医用合金材料Mg-4Zn-1Mn-0.2Ca合金显微组织和腐蚀性能的影响。通过对挤压态Mg-4Zn-1Mn-0.2Ca合金进行共8道次的等通道转角挤压变形，获得了不同状态的合金，并对3种不同状态的试样进行了显微组织观察。8道次变形后合金的晶粒尺寸最小为10.52μm,且组织更均匀。采用浸泡实验测得了合金在模拟体液中的腐蚀速率，其中8道次变形的合金的腐蚀速率最低，为1.897 mm·y^-1,并通过电化学实验进一步分析了等通道扭转挤压变形后合金腐蚀行为的变化。结果表明：等通道转角挤压变形后挤压态Mg-4Zn-1Mn-0.2Ca镁合金的晶粒逐渐细化且组织更加均匀，随着挤压道次的增加，合金在模拟体液中的局部阻抗逐渐提高，耐蚀性得到了改善。     

热处理对超声挤压态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金微观组织和拉伸性能的影响

本文研究了热处理对超声挤压态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金（实验合金）微观组织和拉伸性能的影响。结果表明,经过时效处理（T5）和固溶加时效处理（T6）,实验合金的晶粒尺寸变得更加均匀,MgSnY和Mg2Sn第二相分布更加弥散,且数量有所增加。T5和T6处理均提高了实验合金的屈服强度,其中T5处理的提高作用更加明显。经过T5处理之后,实验合金的屈服强度从165MPa增加到了269MPa,增长率达到63.1%。MgSnY和Mg2Sn第二相共同的析出强化作用,是热处理态实验合金屈服强度提高的主要原因。此外,相对于T6处理,T5处理更加有效地提升了实验合金的综合力学性能。     

重力铸造Mg-5.8Sm-0.4Zn-0.3Zr合金的热处理研究

重力铸造制备了Mg-5.8Sm-0.4Zn-0.3Zr(SZ58K)镁合金,对其进行固溶处理,并绘制了时效曲线。采用X射线衍射分析(XRD)、光学金相分析(OM)、扫描电子显微分析(SEM)等手段,研究了热处理(固溶处理、时效处理)对SZ58K镁合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,合金的铸态组织由α-Mg基体和晶界附近的Mg41Sm5相组成;固溶处理后,第二相组织分解,晶体内部出现少量小尺寸方块状相,其主要成分为Sm;晶粒尺寸略微长大,抗拉强度和塑性大幅提高,但屈服强度无明显变化;再经过时效处理(T6)后,屈服强度大幅提高,但由于塑性剧烈下降,抗拉强度提高幅度较小。     

稀土Y元素对铸态镁合金组织与力学性能的影响

采用熔炼工艺制备了Mg-2.0Zn-0.2Ca与Mg-2.0Zn-0.2Ca-2Y合金,研究了两种合金的铸态组织及力学性能。结果表明,Y元素的添加细化了Mg-2.0Zn-0.2C合金的铸态组织。Mg-2.0Zn-0.2Ca合金主要由α-Mg与少量Mg₇Zn₃相组成,添加2wt%的Y后,改变了Zn在Mg基体中的固溶度,降低了其固溶强化效果,同时组织中形成了I相和W相。添加Y元素后,合金的规定塑性延伸强度升高,从41.0 MPa升高到50.6 MPa;伸长率降低,从12.6%降低到4.0%。     

Effect of ageing treatment on microstructures,mechanical properties and corrosion behavior of Mg-Zn-RE-Zr alloy micro-alloyed with Ca and Sr

Effects of ageing treatment on the microstructures, mechanical properties and corrosion behavior of the Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-xCa-ySr [x=0, 0.2 (wt.%), y=0, 0.1, 0.2, 0.4 (wt.%)] alloys were investigated. Results showed that Ca or/and Sr additions promoted the precipitation hardening behavior of Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr alloy and shortened the time to reaching peak hardness from 13 h to 12 h. The maximum hardness of 77.1±0.6 HV for the peak-aged Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca-0.2Sr alloy was obtained. The microstructures of peak-aged alloys mainly consist of α-Mg phase, Mg₅₁Zn₂₀ phase and ternary T-phase. The Zn-Zr phase is formed within the α-Mg matrix, and the Mg₂Ca phase is formed near T-phase due to the enrichment of Ca in front of the solid-liquid interface. Furthermore, fine short rod-shaped β′₁ phase is precipitated within the α-Mg matrix in the peak-aged condition. The peak-aged Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca-0.2Sr alloy exhibits optimal mechanical properties with an ultimate tensile strength of 208 MPa, yield strength of 150 MPa and elongation of 3.5%, which is mainly attributed to precipitation strengthening. In addition, corrosion properties of experimental alloys in the 3.5wt.% NaCl solution were studied by the electrochemical tests, weight loss, hydrogen evolution measurement and corrosion morphology observation. The results suggest that peak-aged alloys show reduced corrosion rates compared with the as-cast alloys, and minor additions of Ca and/or Sr improve the corrosion resistance of the Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr alloy. The peak-aged Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca-0.2Sr alloy possesses the best corrosion resistance, which is mainly due to the continuous and compact barrier wall constructed by the homogeneous and continuous second phases.

     

Microstructure,Mechanical Properties and Corrosion Behavior of Extruded Mg–Zn–Ag Alloys with Single-Phase Structure

Mg–Zn–Ag alloys have been extensively studied in recent years for potential biodegradable implants due to their unique mechanical properties,biodegradability and biocompatibility.In the present study,Mg–3Zn-x Ag(wt%,x=0.2,0.5 and0.8)alloys with single-phase crystal structure were prepared by backward extrusion at 340°C.The addition of Ag element into Mg–3Zn slightly influences the ultimate tensile strength and microstructure,but the elongation firstly increases from12%to 19.8%and then decreases from 19.8%to 9.9%with the increment of Ag concentration.The tensile yield strength,ultimate tensile strength and elongation of Mg–3Zn–0.2Ag alloy reach up to 142,234 MPa and 19.8%,respectively,which are the best mechanical performance of Mg–Zn–Ag alloys in the present work.The extruded Mg–3Zn–0.2Ag alloy also possesses the best corrosion behavior with the corresponding corrosion rate of 3.2 mm/year in immersion test,which could be explained by the single-phase and uniformly distributed grain structure,and the fewer twinning.     

纳米羟基磷灰石对血管内支架用可降解Mg-Zn-Zr 合金性能的影响

作为可降解血管内支架材料的探索,制备了Mg-3Zn-0.8Zr合金(质量分数,%,下同)及Mg-3Zn-0.8Zr-1HA复合材料,研究了纳米羟基磷灰石(n-HA)对合金力学性能和生物腐蚀降解性能的影响。n-HA均匀分布于镁合金基体中,使晶粒细化,抗拉强度和延伸率均高于未添加n-HA合金。模拟体液(SBF)浸泡实验表明：随着浸泡时间延长,两种材料表面形貌差异明显。浸泡20 d后,含n-HA的复合材料表面完整,有Ca、P沉积层形成,电化学测试计算的电流密度为0.701×10-5A·cm-2;而不含HA的合金表面严重脱落形成凹坑,对应腐蚀电流密度为1.034×10-5A·cm-2,显示n-HA显著增加了镁合金的耐腐蚀能力     

Zr与固溶处理对Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce合金耐腐蚀性能的影响

以Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce合金作为研究对象,分别进行合金化和固溶处理,研究Zr的添加及固溶处理对镁合金Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce耐腐蚀性能的影响,并探究合金化和热处理对镁合金耐腐蚀性能影响机理。结果表明:Zr的加入和固溶处理均有效提高了材料的耐腐蚀性,其中Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce-0.7Zr镁合金固溶试样具有最优异的耐腐蚀性能。研究表明合金化及热处理对镁合金的组织和耐腐蚀性均具有重要影响。     

Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr镁合金的组织和性能

设计了新型Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr镁合金,并用光学显微镜、扫描电镜及拉伸试验机对合金铸态、均匀化态及挤压态的显微组织特征和力学性能进行了研究。结果表明,铸态Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金组织主要由α-Mg基体和沿晶界分布的块状长周期堆垛有序结构相组成,均匀化处理(450℃×16h)促使细小层片状的长周期堆垛有序结构相由晶界向晶内生长。挤压态Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金在200℃下时效处理,无明显时效硬化现象,但挤压态合金具有优良的强韧性能,室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为335MPa、276MPa和17%。     

Zr含量对Mg-5Zn-2Al镁合金组织与性能的影响

采用光学显微镜及拉伸试验机等手段,研究了Zr含量对Mg-5Zn-2Al合金铸态和热处理后显微组织及力学性能的影响.结果表明,Zr的加入使Mg-5Zn-2Al镁合金的铸态和热处理后的晶粒得到明显的细化.在铸态及热处理条件下,合金的抗拉强度与伸长率均呈现先上升后下降的变化趋势.对于铸态合金而言,Zr含量为0.6%时,Mg-5Zn-2Al合金的晶粒最为细小,并且其抗拉强度与伸长率均达到最大值,为215 MPa和12.563%.经热处理后,合金的抗拉强度较铸态得到了显著地提高.当Zr含量为0.6%时,合金的抗拉强度达到最大,为249 MPa.     

Effect of Alloyed Mo on Mechanical Properties,Biocorrosion and Cytocompatibility of As-Cast Mg-Zn-Y-Mn Alloys

The influences of Mo contents on mechanical properties,biocorrosion and cytocompatibility of as-cast Mg-6Zn-8.16Y-2.02Mn-xMo(x=0.0,0.1,0.3,0.5,0.7 wt%) alloys were firstly investigated.Appropriate amount of Mo was conducive to grain refinement and the formation of long-period stacking ordered structure with continuous distribution,which was advantageous to mechanical properties and corrosion resistance.Mg-6Zn-8.16Y-2.02Mn-0.3Mo exhibited the ultimate tensile strength of 265.0 MPa,elongation of 13.5% and the lowest weight loss rate in Hank's solution.Moreover,the cell toxicity cultured in 25% extract was evaluated and the alloy with 0.3 wt% Mo exhibited the best cytocompatibility.Thus,the alloy was expected to become a novel biodegradable implant material.