新型Mg-Bi、Mg-Bi-Ca合金的研制及組織與力學性能分析.pdf

1、鎂合金具有良好的生物兼容性,鑒于目前應用到醫(yī)學領域的生物合金材料大都為鈦合金以及不銹鋼,并且這兩種合金有一定的局限性,如鈦合金加工成形困難,價格昂貴；不銹鋼密度大,并且含有Ni、Cr等對人體有害的重金屬元素。因此,開發(fā)新型鎂合金做為醫(yī)用生物材料具有意義。 本文通過普通凝固和變形加工工藝研制出了具有高塑性的新型Mg-Bi和Mg-Bi-Ca合金。合金中Bi元素的質量百分含量分別為2％、5％、9％,Ca元素的質量百分含量為1.5％。利

2、用光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射分析(XRD)和差熱分析(DTA)分析了合金的組織、相變與相組成,測試了合金的室溫力學性能,旨在為新型醫(yī)用生物鎂合金材料的開發(fā)做前瞻性的探索。 研究結果表明,Mg-Bi二元合金組織由a-Mg基體和Mg3Bi2相組成。晶粒尺寸隨著Bi含量的增加而減小,合金晶粒尺寸介于80μm～270μm之間。Mg3Bi2析出相以互成約120°的桿狀均勻分布在基體上

3、。其中Mg-2％Bi(簡寫為Mg-2Bi。下文中,類似化學式具有相同含義)合金組織為a-Mg+Mg3Bi2顆粒、Mg-5Bi合金組織為a-Mg+MgaBi2顆粒+桿+晶界上Mg3Bi2斷續(xù)網(wǎng)、Mg-9Bi合金組織為a-Mg+MgaBi2顆粒+桿+晶界上Mg3Bi2連續(xù)網(wǎng)。Mg-2Bi、Mg-5Bi和Mg-9Bi合金的實際測量密度分別為1.799g/cm3、1.820 g/cm3和1.886 g/cm3。Mg-Bi-Ca合金組織由a-Mg

4、基體、Mg3Bi2相以及CaMg2Bi2相組成,其組織與Mg-Bi合金相比,因Ca元素的加入,組織細化。 EX-Mg-Bi合金組織因動態(tài)再結晶,由細小的等軸晶或不完全再結晶的近似等軸晶組成,晶粒尺寸介于4μm～15μm之間。在擠壓比為25條件下獲得的EX-Mg-2Bi、EX-Mg-5Bi、EX-Mg-9Bi合金的抗拉強度分別為220.45MPa、244.14MPa、258.03MPa,屈服強度分別為202.94MPa、225.0

5、8MPa、253.53MPa,延伸率分別為6.67％、11％、9.20％。 EX-Mg-Bi-Ca合金因動態(tài)再結晶,組織由細小的等軸晶組成,晶粒尺寸在15μm以內。在擠壓比為17.36條件下獲得的EX-Mg-5Bi-1.5Ca、EX-Mg-9Bi-1.5Ca合金的抗拉強度分別為197.80MPa、208.78MPa,屈服強度分別為159.46MPa、182.57MPa,延伸率分別為7.13％、5.27％。 RE-2-EX

6、、RE-4-EX合金的平均晶粒尺寸約10μm左右,RE-6-EX合金的平均晶粒尺寸約16μm左右。在RE擠壓比為12.76,EX擠壓比為17.36條件下獲得的RE-2-EX、RE-4-EX、 RE-6-EX合金的抗拉強度分別為205.84MPa、219.50MPa、220.25MPa,屈服強度分別為167.64MPa、184.79MPa、185.86MPa,延伸率分別為16.33％、18.67％、10.33％。RE-4-EX合金的綜合力