Zn对生物镁合金Mg-Zr-Mn合金力学性能以及腐蚀性能的影响.pdf

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1、Test&Research试验研究Zn对生物镁合金Mg-Zr-Mn合金力学性能以及腐蚀性能的影响贾长建，韩少兵，赵兵，许春香，张金山（太原理工大学，山西太原030024）摘要：研究Zn对Mg-Zr-Mn合金显微组织、力学性能和在模拟体液中腐蚀性能的影响。结果表明：Zn可以显著细化Mg-Zr-Mn合金的铸态组织，当合金中Zn含量（质量分数）逐渐增大，合金的晶粒尺寸逐渐减小。合金的力学性能在Zn含量在4%时达到最大，拉伸强度和屈服强度分别达到240MPa和122MPa，伸长率显著提高。Mg-Zr-Mn

2、合金中加入2%的Zn，能够使耐蚀性显著提高。关键词：镁合金；锌；显微组织；力学性能；腐蚀性能中图分类号：TG146.22；文献标识码：A；文章编号:1006-9658（2017）03-0001-05DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2017.03.0010引言的耐蚀性能，现在常用的镁合金心血管支架有[7]镁合金作为最轻的结构金属材料，具有高强AZ31,AZ91,WE43，LAE442等，但是AZ系列中度，高比刚度，抗震降噪能力优，低密度和良好的电的Al不属于人体必需的微量元

3、素，并且被认为其[8]磁屏蔽性能。镁合金在航空、航天、汽车动力以及与患老年痴呆有关。而稀土元素一般认为在体内3C电子有很好的应用[1-2]。同时，镁合金作为可应的过度积累将引起身体不适。研究表明微量的Zr用于生物体内可降解生物合金的可行性也已经被能显著细化晶粒，进而提高力学性能和耐蚀性能，[9]证实。尤其是镁合金用作心血管支架，与有机物或并有很好的生物相容性。Mn的加入不仅能够者大分子高聚物制成的心血管支架相比，具有很大提高镁合金的力学性能，而且能够通过除去镁合金的优势：镁元素无毒无害，并且是人体

4、必须元素之中铁和其他重金属元素来提高镁合金的耐蚀性能。一[3]、在人体内可降解，无需二次手术[4]、良好的生而且Mn是人体必需的微量元素，在酶的合成中有物相容性[5]、与人骨的密度、力学性能相近、避免了重要作用。Zn在镁合金中的强化效果仅次于Al,应力遮挡效应。并且能减弱Fe、Ni等杂质对腐蚀性能的不利影响[10-11]然而，Mg作为生物材料，最大的问题就是耐腐，有助于在合金表面形成钝化膜，进而提高镁合蚀性能差，这将造成Mg2+浓度过高，氢气释放过多，金的耐腐蚀性。Zn是人体必需的微量元素，当Zn

5、[12]形成皮下气肿[6]。另外，镁的力学性能也较低，所以，不足时，几乎所有的生理功能都会受到影响。本有必要采取相应的措施来降低其腐蚀速率，并且提文以Mg-Zr-Mn合金为基础，研究Zn添加量对Mg-高其力学性能,使其更好地适用于临床应用，在金Zr-Mn合金力学性能和在模拟体液中腐蚀性能的影属植入材料领域成为研究热点。响规律，期望通过添加Zn元素来提高合金的力学通过添加适量的合金元素可以提高镁合金性能和腐蚀性能。1实验基金项目：国家自然科学基金（No.51574175,51474153）收稿日期:

6、2016-11-301.1合金的制备稿件编号:1611-1589作者简介：贾长建（1989—），男，在读硕士，主要从事生物镁合金的性以高纯镁锭（99.99%）、高纯锌锭（99.99%）、锰能研究；通讯作者：许春香（1964—），女，教授，硕士研究生导师，主要从事镁合金材料的设计和制备研究.粉末和锆的纯度为30%镁锆中间合金为原料，在中国铸造装备与技术3∕20171试验研究Test&Research井式坩埚电阻炉中进行熔炼。熔炼在混合气体1.4成分分析和表面分析（99%CO2+1%SF6）保护下进行

7、，浇注温度为750℃，用光学显微镜观察试样的显微组织，用X射线浇入预热至200℃的金属模具中。合金的成份如衍射仪（XRD）进行合金样品的成分分析，用扫描电表1所示。子显微镜（SEM）观察合金在SBF中腐蚀2小时的表面形貌。表1Mg-Zr-Mn-Zn合金的化学成份w%AlloyMgZrMnZn2结果与讨论1#余量0.4102.1合金的金相显微组织2#余量0.411图1所示为不同含量合金组元的铸态试样的3#余量0.412金相显微组织。从图1中可以看出添加Zn元素后，4#余量0.413合金的晶粒尺寸明显

8、减小，通过测量可知a~f中合5#余量0.414金的晶粒尺寸分别约为135.2μm，117.4μm，98.96#余量0.415μm，87.9μm，78.0μm，71.0μm。1.2显微组织和力学实验ab在金相显微镜（OM）和场发射扫描电镜（SEM）上观察合金的显微组织，金相组织观察采用金相显微镜完成，腐蚀剂采用4%硝酸酒精溶液。拉伸试样是从上述铸锭上切取的片状拉伸试样。在DNS100电子万能试验机上进行拉伸试验，拉伸速cd度为0.2mm/min。结果取3个试样的平均值。1.3腐蚀实验