不同Gd含量对变形Mg-Zn-Gd合金织构和室温成形性能的影响

采用气氛保护加机械搅拌方法熔炼Mg-xZn-Ca-yHA (x=1,3,5;y=0,1,3,5)系列合金及其复合材料.通过金相显微镜(OM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察其铸态微观组织;X-射线衍射仪(XRD)分析物相组成;电化学和体外浸泡实验测试挤压态复合材料的耐腐蚀性能.结果表明,纳米羟基磷灰石(HA)颗粒可添加至Mg-Zn-Ca合金中,并在冶炼温度下脱水,转变成为了β-Ca3(PO4)2,同时显著细化基体合金的晶粒.其中,添加质量分数1％HA的复合材料具有最好的耐腐蚀性能.Mg-3Zn-Ca/1HA复合材料的腐蚀电位、腐蚀电流密度和腐蚀速率分别为-1.582 V,1.47μA/cm和14.19 mm/a,明显优于Mg-3Zn-Ca合金的-1.662 V,2.22μA/cm和21.28 mm/a.而添加3％HA的Mg-3Zn-Ca-3HA复合材料由于HA在基体中的部分团聚导致其耐腐蚀性能较Mg-3Zn-Ca合金有所下降.     

生物可降解羟基磷灰石颗粒增强镁基复合材料的制备及表征(英文)

采用粉末冶金方法制备了生物可降解的纯镁基体和不同百分含量的羟基磷灰石颗粒增强镁基复合材料。通过压缩试验和电化学测试对复合材料的机械性能和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,复合材料的压缩屈服强度明显高于纯镁基体,并且随着羟基磷灰石含量的增加而提高;电化学测试结果表明,复合材料在生物模拟体液中的腐蚀电位与纯镁基体相比明显提高,其中Mg-20%HA复合材料的腐蚀电位为-1.582 V,腐蚀电流密度为10.84μA/cm2。     

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.     

真空吸铸法制备(HA+β-TCP)/Mg-3Zn相互渗透复合材料的组织和性能

采用真空吸铸法通过将Mg-3Zn合金渗透到HA含量不同的多孔HA+β-TCP中制备了生物医用相互渗透（HA+β-TCP）/Mg-3Zn复合材料,研究了复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为。研究结果表明,熔融的Mg-3Zn合金不仅渗入到多孔HA+β-TCP骨架的孔隙里,也渗入到筋里,形成了致密的复合材料。Mg-3Zn合金与HA+β-TCP骨架界面结合良好,未发现反应层。HA含量不同的(HA+β-TCP)/Mg-3Zn复合材料的压缩强度为115 ~196 MPa,是多孔HA+β-TCP骨架的350倍以上,相当于Mg-3Zn块体合金强度的44 %~75 %,复合材料的耐腐蚀性能优于Mg-3Zn块体合金的,且机械性能和腐蚀行为均可以通过调节HA/β-TCP的比例进行控制。     

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。     

工艺状态对Mg-5Al-0.4Mn-1.6Ca镁合金组织和性能的影响

采用金相显微镜、万能试验机和电化学工作站测试了不同加工状态(铸态、均匀化态、挤压态)的Mg-5Al-0.4Mn-1.6Ca合金组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果显示:铸态合金硬度为61.3HV;均匀化处理后合金组织粗大和第二相溶解导致硬度下降,为55.85HV;而挤压后的合金晶粒明显细化,硬度得以提升,为66.43HV。腐蚀性能方面,铸态合金耐腐蚀性能最好,腐蚀电流密度为37.82μA/cm~2;挤压态腐蚀电流密度为56.08μA/cm~2,耐腐蚀性能稍低于铸态合金;均匀化态腐蚀电流密度为215.15μA/cm~2,耐腐蚀性能最差。这主要是由于铸态合金中有大量不连续的(Mg,Al)_2Ca相作为阳极被腐蚀从而保护了镁基体;而均匀化处理之后,第二相溶解于合金基体中导致这种保护作用降低。     

银含量对多孔镁银合金组织和耐腐蚀性能的影响

研究了银含量对粉末冶金技术制备的多孔镁银合金显微组织、物相组成和耐腐蚀性能的影响。SEM分析表明在多孔镁基体中加入银元素后,多孔合金孔壁的晶粒细化,致密度增加。XRD和EDS分析表明多孔Mg-3%Ag合金由单相α-Mg固溶体组成,而Mg-4%Ag合金由α-Mg和Mg4Ag两相组成,具有阴极强化性质的Mg4Ag相呈网状分布在晶界上。耐腐蚀性测试表明,多孔镁银合金比纯多孔镁的耐腐蚀性好。多孔Mg-3%Ag合金具有最佳的耐腐蚀性能,其自腐蚀电位(-1.4073 V)最大、维钝电流密度(3.4169×10-4 A·cm-2)最低,在人体模拟体液中浸泡48 h后腐蚀速率(0.162 mm/a)最低,腐蚀后其表面仅有少量的腐蚀产物。     

Nd合金化对生物医用Mg-Zn-Sn合金腐蚀性能的影响

将稀土元素Nd添加到Mg-2Zn-3Sn合金中，采用金属型铸造制备了Mg-2Zn-3Sn-xNd(x=0, 0.5, 1, 2,质量分数，%)合金，采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等分析了铸态Mg-2Zn-3Sn-xNd合金的微观组织，应用电化学测试和Hank’s溶液静态浸泡测试研究了其耐腐蚀性能。结果表明，铸态Mg-2Zn-3Sn-xNd合金由α-Mg相、MgSnNd相、Mg₂Sn相和少量的MgZn相组成。与Mg-2Zn-3Sn合金相比，Mg-2Zn-3Sn-xNd合金的晶粒得到明显细化。少量Nd(0.5%、1%)可提高Mg-2Zn-3Sn合金的耐腐蚀性，但当Nd的添加量较高时(2%),电偶腐蚀加剧，合金的耐腐蚀性能降低。Mg-2Zn-3Sn-0.5Nd合金的耐腐蚀性能最佳，说明适量Nd可改善Mg-2Zn-3Sn合金的耐腐蚀性。     

Zn对挤压态Mg-3Sn-1Ca合金耐蚀性的影响

目的 提高挤压态Mg-3Sn-1Ca合金的耐腐蚀性能。方法 通过合金熔炼制备了Mg-3Sn-Ca(TX31)和Mg-3Sn-Ca-Zn(TXZ311)两种挤压态合金，利用XRD、金相、SEM、EDS、EBSD、析氢、电化学极化曲线和阻抗谱，分析了TX31和TXZ311两种合金的微观组织及耐腐蚀性能。结果 XRD和EDS结果表明，挤压态TX31和TXZ311两种合金中第二相均为CaMgSn相，TXZ311合金中由于Zn的添加，CaMgSn相增加且分布更加均匀。金相和EBSD结果表明，Zn的添加可以提高TX31合金的动态再结晶程度和{0002}基面织构强度，改善TX31合金中组织的不均匀性。从极化曲线上可得，腐蚀电位和腐蚀电流分别为-1.57V和6.95×10^-5 A。添加Zn后，腐蚀电位升高(-1.49 V)，腐蚀电流减小(1.02×10^-5 A)，表明合金耐蚀性提高。对比两种合金阻抗谱可发现，TXZ311合金具有比TX31合金更大的容抗弧，表明其表面的电荷转移电阻和表面膜的电阻最高，动态腐蚀过程中氧化产物膜具有较好的稳定性，有效阻碍了α-Mg...     

Mg-6%Zn-10%（β-Ca3（PO4）2）复合材料的制备及腐蚀降解行为

以Mg-6%Zn合金为基体、β-Ca3(PO4)2为强化相,采用粉末冶金工艺制备Mg-6%Zn-10%(β-Ca3(PO4)2)复合材料。利用光学显微镜观察复合材料的显微组织,采用X射线衍射仪分析相组成,采用压缩试验评估复合材料力学性能,采用动电位极化法和浸泡实验研究复合材料在模拟体液(SBF)中的腐蚀行为。结果表明:β-Ca3(PO4)2在烧结过程中与基体合金没有发生明显反应;复合材料密度为1.936 g/cm3,压缩强度为339 MPa,弹性模量为24 GPa;添加β-Ca3(PO4)2可降低Mg-6%Zn在SBF中的腐蚀速度;Mg-6%Zn-10%(β-Ca3(PO4)2)复合材料在SBF中的电化学腐蚀速度为2.277 mm/y,浸泡30 d的浸泡腐蚀速度为2.133 mm/y,SBF的pH值随着浸泡时间的延长而上升,最终稳定在10。     

固溶时间对Mg-4Zn-1Ca合金显微组织及腐蚀性能的影响

采用光学显微镜及电化学腐蚀试验研究了Mg-4Zn-1Ca合金经不同固溶时间处理后的显微组织及腐蚀性能。研究表明,合金经固溶处理后,组织更加均匀,第二相逐渐溶解在基体内部,有效地减小了由于基体和第二相之间的电位差而引起的电化学腐蚀;Mg-4Zn-1Ca合金固溶处理时间为18 h时,开路电压为-1.4897 V,电流密度为0.047672m A/cm2,瞬时腐蚀速率为1.0531 mm/a,耐蚀性能最好。     

放电等离子烧结Ti-35Nb-7Zr-xHA复合材料的力学性能与腐蚀性能（英文）

为了改善Ti-Nb-Zr合金的生物活性,采用放电等离子烧结(SPS)制备了Ti-35Nb-7Zr-xHA(羟基磷灰石,x=5,10,15,20,质量分数,%)复合材料。借助XRD、SEM、力学测试以及电化学测试手段研究了HA含量对复合材料显微组织、力学性能和腐蚀性能。结果表明,所有复合材料的物相主要由β-Ti基体、α-Ti和金属-陶瓷相(CaO,CaTiO_3,CaZrO_3,TixPy等)组成,此外,含15%HA和20%HA的复合材料中出现了少量残余的HA;随着HA含量的增加,复合材料的抗压强度均高于1400MPa,复合材料(5%-15%HA)的弹性模量呈较小变化趋势(46-52GPa),更加接近人骨的弹性模量。在Hank’s溶液中的电化学试验表明,HA含量为15%时,复合材料的钝化电流密度和腐蚀电流密度较低,显示了较好的腐蚀性能。因此,Ti-35Nb-7Zr-15HA复合材料可作为一种骨科植入手术中较好的替代材料。     

热处理对Mg-Zn-Zr-Y合金组织及性能的影响

为解决因残余应力、组织不均匀性、成分偏析所造成的铸态Mg-3Zn-0.8Zr-1Y(mass%)合金性能不佳的问题，对其进行了固溶和时效处理，研究了热处理工艺对其显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明：Mg-3Zn-0.8Zr-1Y合金的最优热处理工艺是480℃均匀化退火12 h后520℃固溶处理12 h,最后在170℃时效24 h。均匀化退火处理缓解了铸态合金中的偏析现象，固溶处理使铸态合金中的W(Mg₃Y₂Zn₃)相基本融入α-Mg基体中形成过饱和固溶体，时效后组织中析出细小且弥散分布的纳米级短杆状Mg₂Zn₃和颗粒状Mg₄Zn₇第二相。与铸态合金相比，经最优工艺处理后合金的硬度、极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提升到83.4 HV、204 MPa、139 MPa和12.5%,自腐蚀电位提高到-1.793 V(vs.SCE)、腐蚀电流密度降低到59.64μA/cm²,腐蚀速率降低到1.36 mm/y...     

HA(β-TCP)/Mg-Zn-Ca复合材料的腐蚀特性研究

本实验主要研究HA及β-TCP添加对Mg-Zn-Ca合金组织及模拟体液环境下的腐蚀特性影响。采用剪切搅拌铸造方式制备了2HA(2β-TCP)/Mg-3Zn-0.5Ca复合材料,并对两种复合材料的显微组织及腐蚀特性进行了测试与对比分析。研究结果表明:添加β-TCP的复合材料相对于添加HA的复合材料晶粒细化程度高,原因为β-TCP与镁的错配度小于HA与镁的错配度,使β-TCP成为更有效的形核基底;添加β-TCP复合材料的腐蚀电位稍高于添加HA复合材料的腐蚀电位;在模拟体液的浸泡实验中,添加β-TCP的镁基复合材料在前期的腐蚀速率低于同含量HA的镁基复合材料,但随浸泡时间的延长,添加HA复合材料形成的保护层比添加β-TCP复合材料的更均匀致密,复合材料的失重更低。     

Nd含量、固溶处理工艺对Mg-4Zn-xNd镁合金性能的影响

采用重力铸造工艺制备了Mg-4Zn二元镁合金及不同Nd元素含量的Mg-4Zn-xNd(x=1,2,3)三元镁合金。对铸态合金先后在420℃(24 h)、510℃(4 h)工艺条件下进行固溶处理。通过显微组织观察、动电位极化测试、浸渍试验和体外细胞试验研究了Nd含量及固溶处理工艺对Mg-4Zn-xNd(x=0,1,2,3)合金的耐腐蚀性能及细胞相容性的影响。结果表明:稀土元素Nd的添加使合金晶粒尺寸减小,以及三元合金腐蚀速率降低;铸态合金经固溶处理后,基体中第二相含量明显降低,该三元合金的腐蚀速率降低;当Nd含量达到2 wt%时,Mg-4Zn-2Nd合金的耐腐蚀性及细胞相容性最好。     

微量Sr对Mg-0.2Zn-0.1Mn-xSr医用可降解镁合金显微组织、力学性能及腐蚀性能的影响

本文主要研究在Mg-0.2Zn-0.1Mn中添加微量的Sr后,Mg-0.2Zn-0.1Mn-xSr（x=0.1、0.2、0.3）合金显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的变化。显微组织观察结果表明随着Sr含量增加,晶粒尺寸明显降低;Mg17Sr2相在镁基体中呈颗粒状均匀弥散分布,且Mg17Sr2相体积随着Sr含量增加而长大。室温拉伸试验结果表明微量的Sr能够提高镁合金的抗拉强度和屈服强度,但延伸率却表现出下降的趋势。通过Kokubo模拟体液中的浸泡实验了解镁合金的降解行为。失重实验测得Mg-0.2Zn-0.1Mn-xSr (x=0,0.1,0.2,0.3)腐蚀速率为：6.85、6.01、6.80和7.52mm/a。微量Sr的添加能够提高镁合金的耐腐蚀性能;但随着Sr含量增加,镁合金更容易产生点蚀和晶间腐蚀,反而使镁合金耐腐蚀性能出现降低。这是因为添加微量Sr后镁合金晶粒细化,细小而弥散分布的Mg17Sr2相有助于腐蚀产物膜沉积形成对基体的保护,使得镁合金更耐蚀。而过大的Mg17Sr2相会加剧局部的微电偶腐蚀,破坏腐蚀产物膜,降低镁合金的耐腐蚀性能。结果表明Mg-0.2Zn-0.1Mn-0.1Sr具有最佳的力学性能和耐腐蚀性能配比。     

固溶处理对Mg-0.5Zn-0.4Zr-5Gd生物镁合金组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜及电化学工作站等设备对合金组织、电化学性能进行了表征,分析了固溶处理对Mg-0.5Zn-0.4Zr-5Gd(mass%)合金显微组织及腐蚀性能的影响。结果表明,固溶处理后,铸态组织中的析出相逐渐溶解,组织均匀,合金的力学性能得到提高,有效减小了基体和析出相之间电位差引起的电化学腐蚀,提高了合金的耐蚀性。合金经490℃固溶10 h后,抗拉强度为184.62 MPa,平均腐蚀速率为0.528 mm/a,其腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为7.4μA/cm~2和-1.576 V,在研究范围内耐蚀性最好。     

电沉积制备镁合金HA涂层的组织及其可降解性能

采用碱热处理＋电沉积＋碱热处理相结合的工艺,在Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材表面制备羟基磷灰石（HA）涂层。利用X射线衍射和SEM对涂层的组织和形貌进行了分析,对合金板材及HA涂层板材在SBF溶液中的可降解性能进行了研究,结果表明：通过前碱热处理＋电沉积＋后碱热处理的方法在电沉积温度50℃,电压10 V条件下,在Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材表面制备出了平整、致密的HA涂层,其Ca/P的比值（1.72）与人骨的（1.67）相近;HA涂层Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材在SBF溶液腐蚀过程中,发现3 d时腐蚀液穿过HA涂层开始浸蚀基体。随着腐蚀时间的延长,部分点蚀的直径扩大,构成局部腐蚀;HA涂层Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材在SBF溶液中的初始腐蚀速率低于未涂层的合金板材,其在SBF溶液中的初始pH值的变化低于未涂层的,随降解时间延长,pH变化幅度开始增大,10 d后pH值平均值约为9.2,随后逐步趋于稳定;HA涂层Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材在SBF溶液中的初始自腐蚀电位与未涂层的相比正移200 mV以上,亦说明了其在SBF溶液中的初始腐蚀速率低于未涂层的,但是随着涂层的脱落将促使腐蚀速率增大。     

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。     

固溶处理对ZK60镁合金生物腐蚀性能的影响

对ZK60镁合金进行不同温度固溶处理,采用浸泡腐蚀、电化学测量研究了固溶处理后合金在模拟体液(SBF)中的腐蚀性能。利用OM(金相观察)与SEM(扫描电镜)对合金组织、腐蚀产物和腐蚀形貌进行观察,并使用EDS对腐蚀产物成分进行分析。结果表明,经固溶处理后,铸态合金中第二相逐步溶解,降低了合金基体与第二相的电位差,使合金电偶腐蚀和局部腐蚀的倾向减弱,耐腐蚀性能提高。经330℃固溶处理后的ZK60合金,腐蚀速率为2.573mm/a,腐蚀电流密度与腐蚀电位分别为0.205mA/cm~2和-1.504V,生物耐腐蚀性能理想。