多道搭接攪拌摩擦加工對(duì)醫(yī)用Mg-Zn-Ca合金組織和性能的影響.pdf

1、鎂合金具有良好的生物相容性和可降解性，在骨植入材料的應(yīng)用上得到了廣泛關(guān)注。但鎂合金的臨床應(yīng)用存在兩大難題：力學(xué)性能較低和腐蝕速率過(guò)快且不均勻。攪拌摩擦加工技術(shù)（Friction stir processing，F(xiàn)SP）能使鎂合金晶粒及第二相顯著細(xì)化，力學(xué)性能及耐腐蝕性能提高。由于受到攪拌頭尺寸的限制，無(wú)法通過(guò)單道次加工獲得大面積改性區(qū)域；另外，F(xiàn)SP前合金的原始組織對(duì)加工后的性能有很大的影響。因此，本文采用多道搭接攪拌摩擦加工技術(shù)以獲得

2、力學(xué)性能和耐蝕性較好的大面積改性區(qū)域，使合金達(dá)到均勻降解，拓寬醫(yī)用鎂合金作為骨植入材料的用途，并采用 OM、SEM&EDS、FE-SEM、XRD、顯微硬度測(cè)試、拉伸試驗(yàn)、電化學(xué)測(cè)試、析氫實(shí)驗(yàn)以及失重分析等手段，研究了多道搭接FSP后醫(yī)用Mg-Zn-Ca合金的顯微組織、力學(xué)性能及耐腐蝕性能，探討了軋制前處理及多道搭接FSP工藝對(duì)攪拌摩擦加工后合金組織和性能的影響規(guī)律。
　　普通凝固態(tài)Mg-Zn-Ca合金經(jīng)單道次FSP后，得到平均晶粒

3、尺寸2.83μm的細(xì)晶組織，經(jīng)搭接率17％、33%、50%的加工后，攪拌區(qū)晶粒尺寸分別為2.98μm、2.81μm、2.68μm，過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，平均晶粒尺寸分別為4.58μm、4.31μm、4.22μm。軋制態(tài)Mg-Zn-Ca合金單道次加工后平均晶粒尺寸為1.81μm，經(jīng)17%、33%、50%搭接率的FSP后，攪拌區(qū)平均晶粒尺寸分別為1.83μm、1.67μm、1.55μm，過(guò)渡區(qū)平均晶粒尺寸為3.71μm、3.57μm、3.

4、35μm。對(duì)相同加工參數(shù)下普通凝固態(tài)及軋制態(tài) Mg-Zn-Ca合金的顯微組織進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)軋制的合金FSP后獲得的晶粒更加細(xì)小。
　　普通凝固態(tài) Mg-Zn-Ca合金 FSP后攪拌區(qū)硬度達(dá)到58HV，高于母材的41HV，單道次FSP后顯微硬度由中心到邊緣逐漸降低，經(jīng)多道搭接加工后過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)硬度值下降的現(xiàn)象，下降到50HV。軋制態(tài)Mg-Zn-Ca合金FSP后顯微硬度值明顯提高，同樣呈現(xiàn)出攪拌區(qū)硬度值最高（65HV），過(guò)渡區(qū)硬度值略

5、有下降（58HV）的特點(diǎn)。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)單道次加工后軋制態(tài)合金攪拌區(qū)中心的顯微硬度（65HV）明顯高于普通凝固態(tài)合金（58HV）；經(jīng)搭接率50%的加工之后其硬度的變化趨勢(shì)基本相同，軋制態(tài) FSP加工后合金的顯微硬度始終高于普通凝固態(tài)加工的合金。軋制態(tài)合金單道次 FSP后的抗拉強(qiáng)度最高，經(jīng)不同搭接率的加工后抗拉強(qiáng)度均有所下降，但仍高于未加工合金。
　　普通凝固態(tài)及軋制態(tài)Mg-Zn-Ca合金經(jīng)過(guò)不同搭接率的FSP后自腐蝕電位均正向偏移。

6、失重分析表明，普通凝固態(tài)合金質(zhì)量損失非常嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)6天的浸泡平均腐蝕速率為0.28mg·cm-2·h-1，F(xiàn)SP加工后質(zhì)量損失明顯減少，其中腐蝕速率最小的搭接率50%時(shí)合金的腐蝕速率約為0.1mg·cm-2·h-1。軋制態(tài) Mg-Zn-Ca合金經(jīng)過(guò)6天浸泡腐蝕速率約為0.23 mg·cm-2·h-1，F(xiàn)SP后搭接率50%的合金的失重量最少，腐蝕速率約為0.08mg·cm-2·h-1，其耐蝕性好于單道次和搭接率為33%、17%的合金。對(duì)比