Zn-Mg基锌合金丝材的组织与性能研究

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金属基生物可降解材料由于其良好的机械性能和可降解性而在医学植入材料领域得到重视,目前的研究集中于铁基合金和镁合金。但是铁基合金在体内降解太慢,而镁合金又太快,因此寻求一种无毒副作用且腐蚀速度适宜的新型金属材料是解决上述难题的有效途径之一。锌是人体必需微量元素,机械性能良好,其标准电极电位介于铁和镁金属之间,腐蚀速度更适宜,有望发展成为新型的可降解医用材料。针对Zn-Mg合金作为医用缝合线为研究目标,本文通过反挤压和冷拉拔工艺获得累积变形量高达90%的Φ0.16mm的细丝。在此过程中,采用金相组织观察、扫描电子显微组织观察、室温拉伸及X-射线衍射等手段,对Zn-Mg合金挤压和拉拔过程中的组织和力学性能进行研究。所得主要结果如下:采用反挤压工艺对Zn-(0~1 wt.%)Mg合金的组织和性能进行研究。结果表明,Zn-Mg合金随Mg含量的增加,第二相Mg2Znll从无到有,并逐渐增多,平行于挤压方向呈絮状分布,且合金的平均晶粒尺寸也不断减小,Zn-0.2Mg时晶粒直径达10μm左右;同时,随Mg含量的增加,合金的硬度、强度均逐渐增大,硬度、屈服强度和抗拉强度由Zn-0.005Mg 的 50HV、132MPa、157MPa 分别提高至 Zn-lMg 的 90HV、299MPa、327MPa;而延伸率先增大后减小,由Zn-0.005Mg的23.1%升高至Zn-0.02Mg的27%,再下降至Zn-1Mg 的 4.1%。在挤压态合金的基础上,分别对Zn-0.005Mg、Zn-0.02Mg、Zn-0.2Mg三种合金进一步采用单道次变形量在5%~13%,拉拔速度为37mm/s的冷拉拔工艺,成功获得累积变形量高达90%的Φ0.16mm的细丝。冷拉拔及中间退火过程中组织演变规律表明,随变形量的增加,三种不同成分合金中的晶粒沿拉拔方向被不断拉长,最后都呈现出典型的纤维状组织。三种合金在150℃/5min退火时发生完全再结晶,晶粒尺寸最小,分别为4.7mm、3.3mm、2.9mm,比挤压态合金小了一个数量级。同时,力学性能测试结果表明,变形量相同时,Zn-Mg合金中Mg含量越高,硬度越高;合金成分相同时,变形量越大,硬度越高,最终获得的累积变形量90%以上的Φ0.16mm丝材硬度可达100HV。且Φ0.16mm拉拔丝材的屈服强度、抗拉强度显著高于Φ5mm挤压棒材,Zn-0.02Mg拉拔丝材性能较好,屈服强度、抗拉强度由Φ5mm挤压棒材的136MPa、167MPa增至Φ0.16mm拉拔丝材的352MPa、424MPa,提高到2倍以上。对Zn-Mg合金挤压态、拉拔态、退火态丝材的织构类型及拉拔过程中的织构演变进行研究。结果表明,其挤压态棒材呈现典型的基面纤维织构,ED//<1010>;而拉拔态丝材和退火态丝材织构相同,呈现特殊的织构特征:{0002}基面沿拉拔方向倾转,C轴沿法线方向(ND)向挤压方向(±ED)倾斜36°。同时,拉拔过程中的挤压态织构强度不断减弱,然后挤压态织构消失,形成拉拔态特殊织构,并且其强度不断增强,最终C轴沿法线方向(ND)向挤压方向(±ED)倾斜36°。
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