来源:上海隆司新材料科技有限公司 时间:2025-01-09 09:31:46 [举报]
镁合金因其的性能被广泛应用在航天、通信等领域中。近年来,由于镁合金具有的生物安全性、可降解性以及生物力学相容性等特点,在生物医用合金应用上被广泛地关注与研究。但由于镁合金为密排六方结构导致其在室温下的塑性较差,限制了生物医用镁合金的加工成形与应用。
针对生物医用镁合金管材加工制备,主要是通过直接挤压成形或者通过挤压成形后进行多道次的拉拔成形。挤压镁合金可以获得细化均匀的晶粒,具有更高的强度和更好的延展性,能满足多样化结构部件的需求。但是由于镁合金的塑性较差,因此如何改善挤压镁合金的显微组织、提高合金的力学性能成为关键。不同的挤压工艺参数会导致镁合金挤压管材的显微组织和力学性能存在差异,但如何在不改变挤压工艺参数下,通过改善合金初始组织从而提高合金的力学性能的研究报道较少。
电磁搅拌后,Mg-4Zn-0.3Zr合金晶粒细化且更加均匀,平均晶粒尺寸从91.3μm 降低到85.7μm。合金中的MgZn相数量减少,在晶粒内部有孪晶形成,且存在较多的小角度晶界。另外,抗拉强度和屈服强度分别为189 MPa和105 MPa,伸长率提高到17.3%。由于电磁搅拌合金中的孪晶和小角度晶界的存在,经热挤压后,电磁搅拌Mg-4Zn-0.3Zr合金动态再结晶的程度高,晶粒更加细小,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到了241 MPa、178 MPa和25.2%。
Mg-4Zn-0.3Zr合金锭由高纯Mg(99.95%,质量分数,下同)、高纯Zn(99.90%)和Mg-30Zr中间合金制备。合金熔炼在全程通有N2(98%,体积分数)和SF6(2%,体积分数)保护气体的电阻炉中进行。在720 ℃下熔化高纯Mg 后,升温至780 ℃ 加入Mg-30Zr中间合金,待中间合金熔化后降温至720 ℃加入高纯Zn,保温30 min后捞渣,准备浇注。将金属液倒入放在电磁搅拌器中圆柱形陶瓷模具中,在磁力搅拌器的作用下完全凝固,电磁搅拌的电流和频率分别为150A 和6 Hz。
镁合金凭借其的优势,被更多的自行车厂商发现,被用在自行车的重要承重结构——车架上。因为车架是所有整体重量集中的部件,选择轻质且综合力学性能较好的镁合金是再合适不过了,特别适用于休闲类自行车及折叠自行车上,其炫酷多变、概念化的外形也能成为时下趋势电动自行车的绝妙搭配。
镁合金的实际化学成分通过电感耦合等离子体分析仪 (ICP-AES,Optima7300DV, Perkin Elmer,USA) 来测定, 每种成分的合金分别取屑50 g用于ICP成分分析。采用OLYMPUS-GX71金相显微镜来观察铸态及变形态合金的显微组织,在莱卡型显微镜下进行金相组织观测,选择合适的参数拍照。对于每种合金,选取6张具有代表性的金相照片进行晶粒尺寸及第二相含量的测定。根据ASTM E112-G6标准, 采用直线 截取法进 行晶粒尺 寸大小的测定。本文采用附带铜Kα 射线源的X射线衍射仪(XRD,D/max 2500 Diffractometer) 测定分析 镁合金中 的相组成。
采用HITACHIS-3400N型扫描电 子显微镜观察合金的微观组织特征与断口形貌,并用能谱仪(EDS)确定相的原子组成。从镁合金挤压棒材上取样,通过机加工制备M10标准拉伸试样从。拉伸试样平行段长度30mm,直径5mm。棒材的室温拉伸试验在Zwick Z050拉伸机上进行,拉伸速率1.0mm/min, 每组至少采用5个平行试样。电化学测试试验样品采用线切割方法制备,样品尺寸为 Φ10×8mm,用Si C砂纸打磨, 除去样品表面油污和缺陷。利用打孔机在样品背面中心钻一个直径1.5mm,深4~5mm的圆孔,在圆孔中插入铜导线,再用环氧树脂封装,环氧固化后用砂纸水磨待测试样品表面至2000# 后,使用硅胶涂抹样品与环氧接触的边沿。
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