Zn-Mg-Zr/Cu和Zn-Cu-Ti生物锌合金组织及性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liushuaimin
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目前国内外生物医用可降解金属的研究主要集中于可降解铁合金和镁合金。其中铁合金降解速率过慢,会引起一系列与目前临床应用的金属材料类似的隐患,而镁合金的降解速率过快,这极大的影响该类材料在服役过程中的力学性能及生物相容性。相较铁合金和镁合金,锌拥有更适宜的降解速率,近年来受到国内外研究者的广泛关注。然而,纯锌力学性能较差,达不到临床应用的要求。为了改善纯锌的力学性能,本文设计并熔铸了Zn-Mg-Zr/Cu和Zn-Cu-Ti合金,并对Zn-Mg-Cu合金进行热挤压处理,重点研究了Zr、Cu和Ti元素对合金凝固组织、力学性能和腐蚀行为的影响。研究结果表明:  (1)引入Zr元素后,Zn-0.8Mg合金中除了η-Zn相和Mg2Zn11相,还生成了Zn22Zr相。随着Zr元素含量的增加,初生η-Zn相尺寸逐渐增大。引入Zr元素后,合金的抗拉强度和压缩屈服强度和伸长率均出现了下降情况,当Zr含量为0.2wt.%时,仅为91.6MPa、193.6MPa和0.7%,较未加Zr元素的合金,分别下降了29.3%、23.3%和66.7%。电化学测试与腐蚀浸泡试验均表明Zr元素的加入使得合金的降解速率有所提升,且随Zr元素含量的增加,降解速率逐渐增加。  (2)引入Cu元素后,Zn-0.8Mg合金中并未生成新相,仍由η-Zn相和Mg2Zn11两相组成;随Cu元素含量的增加,初生η-Zn相尺寸逐渐减小,同时合金中的第二相平均面积比逐渐增大。随着Cu元素含量的增加,合金的抗拉强度、屈服强度、压缩屈服强度和硬度均逐渐提升。当Cu元素含量为0.6wt.%时,合金的抗拉强度、屈服强度和压缩屈服强度均达到最大值,分别为156.9MPa、139.7MPa和334.7MPa,较未加入Cu元素的合金提升了19.9%、45.2%和32.5%。电化学测试与腐蚀浸泡试验均表明Cu元素的加入使得合金的降解速率有所提升,且随着Cu元素含量的增加,降解速率逐渐增加。  (3)引入Ti元素后,Zn-2Cu合金中除了η-Zn相和CuZn5,还会生成TiZn16相和Cu2TiZn22相;随Ti元素含量的增加,CuZn5相尺寸逐渐减小,分布也更加均匀弥散。随着合金元素Ti含量的提升,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和抗压屈服强度均呈先增加后减小的趋势,当Ti元素含量为0.05wt.%时,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和抗压屈服强度均达到最大值,分别为177.4MPa、132.3MPa、2.5%和205.3MPa,较未加入Ti元素的合金提升了38.7%、24.3%、19.0%和52.7%。电化学测试与腐蚀浸泡试验均表明Ti元素的加入使得合金的降解速率有所提升,且随着Ti元素含量的增加,降解速率逐渐增加。  (4)Zn-0.8Mg-xCu合金经挤压后,合金中η-Zn相沿挤压方向被拉长;第二相沿挤压方向呈絮状分布在基体上。随Cu元素含量的增加,合金的挤压态组织并没有明显变化。挤压处理能够大幅度提升合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率,挤压态Zn-0.8Mg-0.6Cu合金的抗拉强度、屈服强度、硬度和伸长率达到最大值,分别为354.3MPa、259.2MPa、104HV和8.6%,较同成分铸态合金分别提升了125.8%、85.5%、26.8%和561.5%。电化学测试与腐蚀浸泡试验均表明挤压处理能够提升合金的降解速率,且随Cu元素含量的增加,合金的降解速率逐渐增加。
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