生物医用挤压态Mg-Zn-Gd镁合金的组织与耐电化学腐蚀性能

通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了Mg-x Zn-y Gd(x=1~3,y=0~3)合金的挤压态组织及腐蚀形貌。结果表明:挤压态组织得到细化,平均晶粒尺寸从Mg-3Zn合金的(30±3)μm降到Mg-3Zn-1Gd合金的(10±2)μm,说明挤压过程发生了明显的动态再结晶,第二相沿挤压方向趋于带状分布。Mg-x Zn-y Gd合金的腐蚀以点蚀为主,在浸泡的时间段内,Mg-3Zn-2Gd合金的腐蚀速率最快,Mg-3Zn合金的腐蚀速率最低。经固溶处理后,Mg-3Zn-2Gd和Mg-3Zn-3Gd合金的腐蚀速率由原来的(0.605±0.025)和(0.352±0.021)mg/(cm2·h)分别降为(0.085±0.010)和(0.167±0.020)mg/(cm2·h)。随着Zn含量的增加,自腐蚀电流密度逐渐降低,高频区容抗半环逐渐增大;随着Gd含量的增加,自腐蚀电流密度逐渐先升高后降低,高频区容抗半环先降低后升高。Mg-3Zn合金的自腐蚀电流密度最小,为8.65×10-3(m A/cm2);而其Faraday电阻Rt最大,为3312Ω。     

铸态Mg-4Zn-xGa合金的组织与性能研究

采用金相分析、扫描电镜分析、拉伸测试和耐腐蚀性能测试等手段,研究了Ga含量(质量分数为1%,2%和5%)对铸态Mg-4Zn基合金显微组织、力学性能和耐生体腐蚀性能的影响。结果表明:Ga的加入可以明显细化铸态合金的晶粒,增加合金中第二相的体积分数,显著提高合金的强度和塑性。其中Mg-4Zn-2Ga合金的综合性能最佳,其抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为233 MPa、90 MPa和24%,比基体合金分别提高了13.6%、76.5%和33.3%。然而,Ga的加入降低了Mg-4Zn合金的耐生体腐蚀性能,但是Mg-4Zn-5Ga合金的耐蚀性优于Mg-4Zn-2Ga和Mg-4Zn-1Ga合金。铸态Mg-4Zn-5Ga合金在37℃Hank's溶液中浸泡7 d的平均腐蚀速率为2.3 mg/(cm~2·d),腐蚀电流密度为29.5μA/cm~2。     

微量CaO对Mg-2Zn-0.5Sr医用镁合金显微组织、力学性能及抗腐蚀性能的影响

以Mg-2Zn-0.5Sr合金为基体,采用搅拌熔炼制备含微量CaO颗粒(0.1%、0.3%,质量分数,下同)的复合材料。均匀化热处理后,观察显微组织,测试力学性能,研究材料在Kokubo模拟体液中的腐蚀性能。结果发现,CaO颗粒机械地富集于晶界及晶粒内的第二相与基体之间,使Mg-2Zn-0.5Sr合金晶粒细化,强度提高,但对塑性影响不一。CaO颗粒的添加使Mg-2Zn-0.5Sr合金腐蚀电位正移。浸泡实验表明,Mg-2Zn-0.5Sr的腐蚀速率为11.74 mm/a,0.1%CaO使腐蚀速率降低约18.2%,而0.3%CaO使腐蚀速率增高约52.0%。综合表明,Mg-2Zn-0.5Sr/0.1CaO表现出较高的强度和较佳的耐腐蚀性能。     

时效温度对Zn-1.5Cu-1.2Mg-0.2Zr合金组织与耐蚀性的影响

采用金属型铸造的方法制备了Zn-1.5Cu-1.2Mg-0.2Zr锌合金，利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、电化学工作站和浸泡实验等研究了不同温度时效处理对其微观组织和耐蚀性的影响。结果表明：铸态锌合金的微观组织主要由η相(含Cu的Zn固溶体)、η+Mg₂Zn₁₁共晶体和少量的Zn-Zr化合物组成；随时效温度的升高，合金η相晶粒内析出的片状第二相数量先增加后减少，腐蚀速率呈先降低后增加的趋势；220℃时效处理的锌合金腐蚀速率最小，自腐蚀电流密度和模拟体液浸泡腐蚀速率分别为5.23μA·cm^-2和0.053 mm·year^-1,这可能是由于220℃时效处理后合金η相晶粒内析出的片状第二相的数量最多且分布均匀。     

ECAP变形对Mg-4.5Zn-1Ca合金显微组织及腐蚀性能的影响

采用OM、SEM、XRD对铸态和等通道角挤压(ECAP)变形后Mg-4.5Zn-1Ca(wt%)合金的微观组织进行了表征。通过电化学工作站和浸泡法评估了ECAP变形前后合金在模拟体液(SBF)中的腐蚀性能。结果表明,铸态Mg-4.5Zn-1Ca合金显微组织由α-Mg基体及分布在晶界处和晶粒内的Ca2Mg6Zn3相组成,平均晶粒尺寸为86μm。经ECAP变形后,合金的晶粒尺寸得到显著细化,经6道次ECAP变形后的平均晶粒尺寸为5μm。随着ECAP变形道次的增加,第二相在镁基体中的分布更加均匀、弥散。ECAP变形后合金更容易发生腐蚀,挤压道次越多,合金的自腐蚀电位越负,自腐蚀电流越大,即耐蚀性越差。经6道次ECAP变形后合金的自腐蚀电位最负(-1.42 V),自腐蚀电流最大(407.38μA/cm~2),耐蚀性最差。     

Ca对Mg-8Zn-4Al镁合金显微组织和耐蚀性能的影响

研究了Ca对Mg-8Zn-4Al镁合金显微组织和耐蚀性能的影响。结果表明:Ca加入Mg-8Zn-4Al合金后,合金显微组织得到细化,τ-Mg_(32)(Al,Zn)_(49)相弥散分布,无新相形成。Ca元素的添加降低了Mg-8Zn-4Al合金的腐蚀速率和腐蚀电流密度,提高了合金的腐蚀电位,改善了合金的耐腐蚀性;当Ca含量为0.3%时,该合金的耐蚀性能最佳。     

Zr对医用Zn-Mg合金凝固组织和生物降解行为的影响

向生物医用Zn-0.8Mg合金中添加Zr,研究了Zr含量对合金凝固组织和生物降解行为的影响。结果表明,在Zn-0.8Mg合金中添加Zr,合金中除了生成初生η-Zn相和Mg_2Zn_(11)相外,还析出了Zn_(22)Zr相。随着Zr含量增加,合金中的初生η-Zn相明显粗化,其平均晶粒尺寸由102μm逐渐增大到326μm。同时,Zn_(22)Zr相的体积分数也随之逐渐增加,且合金在Hank’s溶液中的质量损失腐蚀速率和自腐蚀电流密度均逐渐增大,表明合金的降解速率逐渐提高。     

医用可降解Mg-2Y-1Zn-x Zr合金微观组织和耐蚀性能研究

为了提高医用可降解Mg-2Y-1Zn合金耐腐蚀性能,添加了不同含量的Zr (0,0.2%,0.4%和0.6%,质量分数),并通过XRD、OM、SEM、EDS、析氢和电化学实验等方法研究了Zr含量对合金显微组织和腐蚀行为的影响。结果表明:Mg-2Y-1Zn主要由α-Mg与Mg3Y2Zn3相组成,适量Zr (≤0.4%)的加入没有改变第二相的类型。Zr可以有效细化合金晶粒,优化组织结构,降低腐蚀电流密度,提升合金耐腐蚀性,并使之趋于均匀腐蚀。但当Zr含量达到0.6%时,多余的Zr会析出形成富Zr区,促进电偶腐蚀的发生,使合金耐蚀性有所下降。析氢结果表明,Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金耐腐蚀性最佳。     

微量Cu对生物Zn-Mg合金组织和生物降解行为的影响

通过向生物医用Zn-0.8Mg合金中添加微量合金元素Cu,研究了Cu含量对合金组织和生物降解行为的影响。结果表明,随着Cu含量增加,合金中初生η-Zn相逐渐细化,其平均晶粒尺寸由106μm减小到43μm,同时,第二相的体积分数也随之逐渐增加。腐蚀浸泡和电化学测试结果均表明,随着Cu含量增加,合金在Hank’s溶液中的失重降解速率和自腐蚀电流密度均逐渐增大,表明合金的降解速率逐渐提高。     

Ti对Zn-5Al合金组织及耐腐蚀性能的影响

采用金相观察、电化学性能测试、SEM和EDS分析等方法研究了Ti对Zn-5Al合金的组织及耐蚀性能的影响。结果表明:在Zn-5Al合金中加入Ti可细化枝状的β-Zn相,增大共晶组织含量。当Ti含量为0.15%时,初生β-Zn相完全消失,Zn-5Al合金为全共晶组织组成,随着Ti含量进一步升高到0.2%,合金中出现了块状的AlTi-Zn三元相。添加Ti提高了Zn-5Al合金的耐蚀性能,Zn-5Al-0.15Ti合金的腐蚀速率和自腐蚀电流密度均最小,分别为0.85μg·cm-2·d-1和1.403μA/cm2,且其高频阻抗和低频扩散阻抗均最大。全共晶组织的Zn-5Al-0.15Ti合金发生的是均匀性腐蚀。     

医用Mg-Zn-Ca合金的腐蚀规律

采用熔剂保护法制备了3种钙质量分数分别为0.5%,1%和2%的Mg-6%Zn-x%Ca合金,对3种镁合金在Hank’s模拟体液中进行了浸泡腐蚀试验及电化学试验。浸泡失重试验结果表明,在Hank’s模拟体液中,钙质量分数为0.5%的Mg-Zn-Ca合金腐蚀速率最小;电化学测试结果显示,钙的质量分数为0.5%的镁合金容抗弧最大且自腐蚀电阻、自腐蚀电位最高,自腐蚀电流密度最小,说明钙的质量分数为0.5%的镁合金具有良好的抗腐蚀性能。     

Sn元素对生物医用镁合金Mg-4.5Zn-Sn显微组织和耐蚀性能的影响

采用金属模铸造法制备Mg-4.5Zn-xSn(x=0,1,2,3,4,mass%)合金。利用X-射线衍射仪、扫描电镜、电化学方法和浸泡实验研究Sn元素含量对Mg-4.5Zn合金显微组织和耐蚀性能的影响。结果表明:Mg-4.5Zn合金组织由α-Mg和粗大的(α-Mg+Mg_7Zn_3)共晶体组成;加入2 mass%Sn时合金中生成了少量的Mg_2Sn相,(α-Mg+Mg_7Zn_3)共晶体变为球状,弥散分布在枝晶界上;当Sn含量超过2 mass%时,随着Sn含量的增加Mg2Sn相数量增多、并长大粗化,部分(α-Mg+Mg_7Zn_3)共晶体转变为三角形状;合金耐蚀性能随Sn含量的增加先变好后变差,Mg-4.5Zn-2Sn合金耐腐蚀性能最好,具有最小的自腐蚀电流密度(149μA·cm~(-2))以及最大的电荷转移电阻(100.3Ω·cm-2)和腐蚀膜层扩散电阻(33.88Ω·cm~(-2))。     

铸态与挤压态Mg-5Y-7Gd-1Nd-0.5Zr合金在5% NaCl水溶液中的腐蚀行为(英文)

在5%NaCl水溶液中通过浸泡和电化学测试研究铸态与挤压态Mg-5Y-7Gd-1Nd-0.5Zr镁合金的腐蚀性能。铸态和挤压态Mg-5Y-7Gd-1Nd-0.5Zr镁合金的平均晶粒尺寸分别为100μm和15μm。在腐蚀初期,铸态合金的腐蚀形貌为点蚀和少量丝状腐蚀,挤压态合金的腐蚀形貌为点蚀。挤压态合金的腐蚀速率大于铸态合金的腐蚀速率。包含稀土的第二相在合金中作为阴极,改善了合金的腐蚀性能。铸态与挤压态合金的腐蚀电位分别为-1.658V和-1.591V。探讨了铸态与挤压态合金腐蚀性能不同的原因。     

生物可降解Mg-3Zn-0.8Zr-xMn合金的组织与性能

开发具有良好生物相容性、耐蚀性及综合力学性能的镁合金是当前可降解金属研究领域的重要方向,本文选取具有良好生物相容性的Zn、Zr、Mn合金元素,通过真空熔炼法制备了新型的Mg-3.0%Zn-0.8%Zr-x%Mn(质量分数,x=0,0.1,0.5,1.0,1.5)系列合金。研究了Mn含量变化对该类合金组织、力学性能及腐蚀降解行为的影响。结果表明:Mn的添加可以细化挤压态Mg-Zn-Zr合金的晶粒尺寸;合金的抗拉强度和屈服强度随着Mn含量的增加先升高后降低,在Mn含量为1.0%时,抗拉强度达到255 MPa,电化学及浸泡测试结果表明Mn的添加使合金的自腐蚀电位增加,耐蚀性能升高,当Mn含量为1.0%时,合金耐蚀性能最好;本研究成分范围内Mg-3Zn-0.8Zr-1Mn合金有最佳的综合力学及耐蚀性能。     

生物可降解Mg-Zn-Zr/β-TCP复合材料组织结构及性能(英文)

镁合金具有优异的生物相容性,但在生理环境中过快的腐蚀降解速率制约其成为可降解植入材料。此外,镁合金的力学性能也较低。通过添加纳米β-TCP颗粒来改善Mg-Zn-Zr合金的显微组织及性能,制备挤压态的Mg-3Zn-0.8Zr合金和Mg-3Zn-0.8Zr/xβ-TCP(x=0.5,1.0,1.5)复合材料。添加纳米β-TCP增强体的复合材料其晶粒明显细化。拉伸实验结果表明,添加β-TCP后,复合材料的极限拉伸强度和伸长率均有所提高。电化学测试结果表明,复合材料在模拟体液中的抗蚀性较合金基体显著提高,其中Mg-3Zn0.8-Zr/1.0β-TCP复合材料的腐蚀电极电位为1.547V,其腐蚀电流密度为1.20×106A/cm2.     

Sr含量对Mg-1Zn-0.3Zr-2Gd-xSr生物镁合金组织和性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、浸泡测试、拉伸试验以及硬度测试研究Sr含量对铸态Mg-1Zn-0.3Zr-2Gd-xSr(x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,1,mass%)合金微观组织、腐蚀性能及力学性能的影响。结果表明:添加Sr后,合金析出两种新相Mg17Sr2和SrZn5;当Sr含量从0增加到0.3%时,合金的平均晶粒尺寸从175μm减小到58.33μm,合金的平均腐蚀速率从2.039mm/a减至1.102mm/a,合金的抗拉强度从约为155.9MPa上升到约为173.5MPa,断后伸长率从约为8.15%上升至约为13.4%;Sr含量继续增加,合金的平均晶粒尺寸逐渐变大,耐蚀性及力学性能均下降。     

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。     

Bi含量对Mg-4Zn-Y合金组织和性能的影响

利用X射线衍射、金相显微镜、力学性能测试、腐蚀质量损失法、电化学极化曲线和电化学阻抗测试研究了Bi含量对Mg-4Zn-Y合金的组织、力学性能以及在3.5％的NaCl溶液中的腐蚀行为的影响.结果表明,Mg-4Zn- Y-xBi(x=0、0.5、1、2)合金的1铸态组织主要由基体α-Mg、三元Ⅰ相(Mg3 Zn6 Y)和Y5 Bi3组成,Bi的加入使合金晶界上半连续网状分布的f相变为分散的颗粒状,Y5Bi3相的数量随着Bi含量的增加而增多,尺寸也逐渐粗化.合金室温和高温(150℃)时的抗拉强度、屈服强度和伸长率先随Bi含量的增加而增大,但当Bi含量过多时(2.0％),合金的综合力学性能反而下降.Mg-4Zn-Y-xBi合金的耐蚀性能随着Bi含量的增加而降低,其腐蚀速率为Mg-4Zn-Y合金的2～3倍.当Bi的加入量为2％时,台金的腐蚀电流达到最大,为0.913mA,耐蚀性能最差.     

Sr添加Mg-6Zn-4Si铸态合金的腐蚀行为研究

利用XRD、OM、SEM、EDS、极化曲线测试和浸泡试验分析研究Sr元素添加Mg-6Zn-4Si铸态合金的显微结构和腐蚀行为。适量的Sr元素能够有效地改善Mg-6Zn-4Si合金中初生及共晶Mg2Si相的形貌和尺寸。随着Sr元素含量的增加,初生Mg2Si相的尺寸先降低后逐渐增加。腐蚀测试结果表明：Sr元素能够有效地改善合金的耐腐蚀性。当Sr添加量为0.5%时,合金具有最优的耐蚀性,此时表现为最高的腐蚀电位,最低的腐蚀电流密度和腐蚀速率。添加Sr元素后,细小且分散均匀的Mg2Si相是耐蚀性提高的主要原因。过量的Sr添加会形成针状SrMgSi新相,降低了合金的耐蚀性。     

Mg-2Zn-0.5Ca-Y系镁合金在模拟体液和氯化钠溶液中的腐蚀行为和电化学性质

利用金相显微镜和扫描电镜测试Mg-2Zn-0.5Ca-Y系镁合金的金相结构及表面微观形貌,利用电化学测试系统测试铸态Mg-2Zn-0.5Ca-Y系镁合金在3.5%NaCl溶液和模拟体液中的电化学腐蚀性能,通过在3.5%NaCl溶液和模拟体液中的浸泡实验测试其腐蚀速率。Mg-2Zn-0.5Ca-Y系镁合金的微观腐蚀形貌表明,腐蚀行为并不一致,在浸泡实验后其腐蚀表面有大量的裂痕。稀土Y的加入能够提高其耐蚀能力,并且Mg-2Zn-0.5Ca-1.0Y 合金的耐蚀性较其他同系合金强。由于腐蚀保护层的存在,所有在模拟体液和氯化钠溶液中得到的极化曲线均显示出高容电流。在实验条件下的电化学阻抗曲线均有一个循环电容。出现高频率的循环电容的是由于稳定的双电层电容的存在。出现低频率的循环电容是由于自由区域的扩散控制膜。