生物医用Mg-Bi基合金的微观组织和腐蚀行为研究

发布时间：2017-06-30 07:16

  本文关键词：生物医用Mg-Bi基合金的微观组织和腐蚀行为研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁合金的综合力学性能优良,生物相容性好,且镁是人体必需的微量元素之一。因此,镁合金已成为最具潜力的金属基生物医用材料。目前生物医用镁合金的研究多集中在Mg-Al,Mg-Zn,Mg-Ca和Mg-RE合金。然而,Al是神经毒性元素,可能会造成痴呆或引发神经系统疾病。Mg-Zn合金的溶血率偏高,不适合用作与血液直接接触的生物植入材料。铸态Mg-5Ca(或更高)的合金在室温下的脆性较大,无法满足生物材料的强度需求。此外,重稀土元素容易在脑中富集,同时可能会造成肝中毒。因此本课题选用Bi以及Sn元素作为合金化元素,设计的新型生物Mg-Bi基合金。通过利用金相分析(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)对合金的微观组织和腐蚀形貌进行分析。并采用失重法、析氢法和电化学方法对Mg-Bi基合金的腐蚀性能进行研究。研究结果表明:1)随着Bi含量的增加,铸态Mg-xBi合金的二次枝晶间距(SDAS)减小,Mg_3Bi_2相的体积分数提高,合金的耐腐蚀性能的降低。这主要归因于Bi含量增加导致合金中阴极相Mg_3Bi_2的体积分数增加,加速了电偶腐蚀,使得合金的耐腐蚀性能下降。2)Mg-6Bi-xSn合金主要由α-Mg相和Mg_3Bi_2相组成。Mg-6Bi-1Sn合金由α-Mg相和Mg_3Bi_2相组成;当Bi含量的增加到3 wt.%时,除α-Mg相和Mg_3Bi_2相之外,合金中出现了少量的Mg_2Sn相。随着Sn含量的添加,Mg-6Bi-xSn合金的二次枝晶间距从29.7μm减小到22.3μm,第二相结构由连续的网状转变成半断续分布。3)随着Sn含量的增加,Mg-6Bi-xSn合金的耐腐蚀性能提高。主要归因于当Sn含量增加时,合金的晶粒细化,晶界增多,在腐蚀的进程中形成了物理屏障。且合金基体中以固溶形式存在的Sn,提高了合金基体的电位,缩小了阴阳两极之间的电位差,削弱了电偶腐蚀,进而提高了合金的耐腐蚀性能。4)铸态Mg-6Bi-xSn合金可在400℃的轧制温度和20 m/min的轧制速度下轧制成型。经过轧制处理后的Mg-6Bi-2Sn合金的耐腐蚀性能提高。这主要是因为:经过轧制处理后,晶粒得到了细化,晶界随之增多,有效地构成了一道腐蚀屏障网,进而起到了阻碍腐蚀扩展的作用。
【关键词】：Mg-Bi基合金 Sn 轧制 显微组织 耐蚀性能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22;R318.08
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 镁及镁合金11-15
• 1.2.1 纯镁11
• 1.2.2 镁合金11-12
• 1.2.3 几种典型的镁合金12-14
• 1.2.4 镁及镁合金的应用14-15
• 1.3 镁合金生物材料15-19
• 1.3.1 镁合金腐蚀的影响因素15-16
• 1.3.2 镁合金腐蚀的类型16-17
• 1.3.3 镁合金的变形加工17-19
• 1.4 选题的意义及研究内容19-21
• 参考文献21-25
• 第二章 实验合金制备及测试方法25-33
• 2.1 实验技术路线25-26
• 2.2 合金的熔炼工艺26-28
• 2.2.1 实验原料和熔炼装置26
• 2.2.2 覆盖剂与精炼剂26-27
• 2.2.3 熔炼工艺27-28
• 2.3 显微组织与形貌分析方法28-29
• 2.3.1 金相制备28
• 2.3.2 扫描电镜分析28-29
• 2.3.3 X射线衍射分析29
• 2.4 腐蚀速率测量实验29-31
• 2.4.1 试样的制备及溶液的配置29
• 2.4.2 失重法测量29-30
• 2.4.3 析氢法测量30-31
• 2.5 电化学测量31-32
• 2.5.1 试样的制备31
• 2.5.2 电化学腐蚀实验31-32
• 2.6 合金的轧制工艺32-33
• 2.6.1 实验设备32
• 2.6.2 轧制工艺方案32-33
• 第三章 Mg-Bi合金的微观组织和腐蚀性能33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 微观组织33-35
• 3.3 拉伸性能35-36
• 3.4 腐蚀性能的研究36-41
• 3.4.1 电化学腐蚀试验36-39
• 3.4.2 失重法测量腐蚀速率和腐蚀形貌图39-41
• 3.5 小结41-42
• 参考文献42-45
• 第四章 Mg-6Bi-xSn合金的微观组织和腐蚀性能45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 微观组织45-48
• 4.3 拉伸性能48
• 4.4 腐蚀性能的研究48-52
• 4.4.1 失重法测量腐蚀速率和腐蚀形貌图48-50
• 4.4.2 电化学腐蚀试验50-52
• 4.5 小结52-54
• 参考文献54-57
• 第五章 轧制态Mg-Bi-Sn合金的微观组织和腐蚀性能57-65
• 5.1 引言57
• 5.2 微观组织57-59
• 5.3 腐蚀性能的研究59-62
• 5.3.1 析氢法59-60
• 5.3.2 腐蚀形貌图60
• 5.3.3 电化学腐蚀试验60-62
• 5.4 小结62-63
• 参考文献63-65
• 第六章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 不足与展望66-67
• 致谢67-69
• 攻读硕士期间成果69

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本文编号：501090