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Mg-Y-Zn-Mn系合金中LPSO、W相的调控及生物腐蚀行为研究

 
【摘要】:具有LPSO相的Mg-Y-Zn系合金生物可降解镁合金材料,以其较高的力学强度以及较好的延展性,在生物材料领域引起了广泛的关注,然而镁合金较差的耐腐蚀性能极大地制约了其在实际工程领域的应用。在众多影响因素中,第二相对镁合金腐蚀行为的影响尤为突出。论文针对具有LPSO相的Mg-Y-Zn-Mn体系,通过调节铸态合金中的Y、Zn元素含量来调控合金中的第二相和析出相的数量及其生长方式;并对合金进行固溶处理以调控第二相的转变及新相的析出。采用浸泡及电化学实验,研究了具有不同结构的第二相及其生长方式等因素对Mg-Y-Zn-Mn系合金腐蚀行为的影响,并采用MTT方法测试了铸态及固溶合金的细胞毒性。主要研究内容与结论如下:(1)铸态Mg-Y-Zn-Mn系合金组织随Zn、Y元素的增加而发生显著变化。随着Zn元素的增多,体系中18R减少,共晶W相增多,且多呈连续网状分布。当Zn含量进一步增加时,合金组织变得不均匀,并且会析出准晶I相。过量Y元素的添加,使组织中α-Mg相粒径减小,W相体积分数明显减少,并促进大量的18R析出。另外随着Y/Zn原子比的增加,与W相离异生长的块状的18R,逐渐形成板条状并与W相共生生长。(2)18R及W相的数量、分布及两者的生长方式显著影响着铸态Mg-Y-Zn-Mn系合金的腐蚀性能。研究发现大量的呈网状分布的W相会加快合金的腐蚀,而18R的增多、W相的减少能减慢合金的腐蚀。这源于与W相离异生长的、大量的块状18R在合金腐蚀过程中起到的“腐蚀屏障”作用,而且在腐蚀过程中这种合金表面更容易形成稳定、致密的腐蚀产物膜,所以能明显提高合金的耐蚀性能。(3)Mg-Y-Zn-Mn合金在500℃下固溶处理后,组织发生明显变化:随着固溶时间的延长,合金中α-Mg相粒径逐渐长大,部分18R溶解,晶粒内析出14H。此外W相转化为颗粒状的共晶W′相,这对合金的耐蚀性能是不利的。与其他固溶样品相比,固溶40 h的合金腐蚀速率最低,这与体系中含较少的W′相,以及未完全溶解且在晶界处较连续分布的18R有关。不过,由于收到基体中析出的14H以及阴极效应最强的W′相的影响,所以固溶合金不及铸态合金的耐蚀性能好。细胞毒性测试表明铸态及固溶态合金均显示良好的细胞相容性。(4)通过电化学理论知识分析并讨论了腐蚀产物膜对Mg-Y-Zn-Mn合金的动态腐蚀行为的影响。通过AFM鉴定了18R、14H、W相及W′相相对于α-Mg相的电势差,确定了它们对α-Mg相的阴极效应的强弱程度。探明了合金中的第二相及析出相的数量、组成及生长方式等因素对腐蚀产物膜的形成及电化学腐蚀特征的影响机制。阐明了具有不同微观组织的Mg-Y-Zn-Mn合金在体外生物腐蚀过程中α-Mg相的腐蚀行为。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TG146.22;R318.08

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【参考文献】
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