Mg-Zn-Ca合金的体外降解行为

背景:鉴于人体复杂的生理环境,目前降解实验中使用的模拟生理体液种类繁多,因此分析Mg-Zn-Ca合金在不同模拟体液中的降解行为具有重要意义。目的:研究Mg-Zn-Ca合金在不同模拟体液中的降解过程和性能变化,明确Ca含量和模拟体液种类对合金的影响。方法:采用熔融挤压成型工艺制备含钙质量分数分别为0.2%,0.5%,1%的Mg-Zn-Ca合金,依次命名为Mg-Zn-0.2Ca、Mg-Zn-0.5Ca、Mg-Zn-1Ca合金,以Mg-Zn合金作为对照。将每种合金分别置于3种模拟体液(生理盐水、PBS和Hank’s液)中,对合金降解过程中的形貌、成分变化、质量损失、pH值及力学性能等进行表征分析。结果与结论:①随着降解时间的延长,4种合金表面生成了大量的纳米级片层和柱状结构,主要成分是MgO和Mg(OH)2,4种合金在生理盐水中的降解速度最快,在Hank’s液中的降解速率最慢,在生理盐水中的降解速率快慢为:Mg-Zn<Mg-Zn-0.2Ca<Mg-Zn-0.5Ca<Mg-Zn-1Ca,在PBS和Hank’s液中的降解速率快慢为:Mg-Zn<Mg-Zn-0.2Ca≈Mg-Zn-0.5Ca<Mg-Zn-1Ca;②随着降解时间的延长,4种合金都有一定的质量损失,其中在生理盐水中降解最快,在Hank’s液和PBS中降解缓慢,并且在相同模拟体液中,随着合金中钙含量的增加,合金的腐蚀速率明显加快;③4种合金降解环境pH值的上升主要集中在1 d内,之后趋缓,在PBS中的pH值上升幅度较其他两种模拟体液大,并且在相同模拟体液中,随着合金中钙含量的增加,降解环境pH值上升显著;④在初始状态下,各Mg-Zn-Ca合金的弹性模量均高于Mg-Zn合金;置于模拟体液中后,随着降解时间的延长,4种合金的弹性模量均有所降低,其中在生理盐水中降低最明显;⑤结果显示,Ca加入改善了Mg-Zn合金的力学性能,少量Ca不会加快合金的降解速率,但过量Ca加快了合金的降解速率,降解过程中生理盐水模拟体液对合金力学强度的影响最显著。

挤压工艺对Mg-Al-Ca-Zn合金组织与性能的影响

对Mg-2.0Al-1.5Ca-0.8Zn合金进行了320~400℃,32、64不同挤压比的挤压试验,采用OM、SEM、拉伸试验、腐蚀试验等手段,研究了不同挤压工艺对Mg-2.0Al-1.5Ca-0.8Zn合金组织与性能的影响。结果表明:随着挤压温度和挤压比的升高,合金的晶粒尺寸逐渐增大。随着挤压温度的升高,合金的抗拉强度逐渐提高,伸长率和耐腐蚀性先升高后降低。挤压温度400℃,挤压比32时挤压的合金的抗拉强度最高,为268.5 MPa。挤压温度360℃,挤压比64时挤压的合金的塑性最佳,其伸长率为27.4%。挤压温度360℃,挤压比32时挤压的合金的耐腐蚀性最好,其腐蚀失重率为226.4 mg/(cm^(2)·h)。

晶粒尺寸对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca-0.2Mn合金降解行为的影响

本文通过固溶工艺调控,获得第二相含量相近、晶粒尺寸不同的Mg-3Zn-0.2Ca-0.2Mn合金,对具有不同晶粒尺寸的合金在Hank’s模拟体液中进行浸泡及电化学实验,通过观察降解后的合金形貌,研究并分析了晶粒尺寸对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca-0.2Mn合金降解行为的影响。通过电化学实验可知,合金晶粒尺寸越小,腐蚀电流密度越小,阻抗值越大;通过浸泡实验及对合金表面形貌的观察可知,随着晶粒尺寸的减小,合金降解速率减慢,表面腐蚀坑尺寸越小且分布越均匀,合金的耐蚀性越好。合金降解过程中晶粒尺寸是通过影响合金降解产物膜的致密度及完整性,进而影响合金的耐蚀性能,即合金的晶粒尺寸越小,表面形成的产物膜越致密和完整,溶液中的Cl-吸附于表面后不易渗透至内部,从而使合金耐蚀性得到提高。

MgF_(2)涂层对Mg-Zn-Ca合金在模拟体液中应力腐蚀开裂行为的影响

采用慢应变拉伸测试方法对Mg-3wt.%Zn-0.2wt.%Ca(质量分数)(MZC)合金和氟化镁(MgF_(2))涂层Mg-3wt.%Zn-0.2wt.%Ca合金(MZC-MF)的应力腐蚀开裂行为进行研究。结果表明,MgF_(2)涂层可以显著提高MZC合金在模拟体液(SBF)中的耐腐蚀性并延长其断裂失效时间。MgF_(2)涂层明显降低MZC合金在SBF中的应力腐蚀敏感性,应力腐蚀开裂敏感性指数(Iscc)分别降低21%(UTS),22%(tf),23%(δ),7%(φ)和15%(A)。

Mg_(75)Zn_(20)Ca_5非晶条带对氧乐果农药废水的降解作用

为了有效降低有毒农药废水对环境造成的危害,以Mg_(75)Zn_(20)Ca_5非晶条带为催化剂,采用类Fenton法研究了模拟氧乐果农药废水的pH值、H_2O_2用量和反应时间对化学需氧量(COD)的影响.结果表明,与传统Fenton法要求废水为酸性溶液的特点相比,当类Fenton法中的废水为中性溶液时,有利于提高废水的COD去除率.当H2O2的体积分数为2%时,COD去除率可以达到最大值.COD去除率随反应时间的延长而提高,在最初的10 min内,COD去除率高达47.32%,而当反应进行30 min后,COD去除率可以达到58.46%.虽然Mg_(75)Zn_(20)Ca_5非晶条带表面形成了少量MgO,但其非晶结构基本不变.与氧乐果废水的单一降解方法相比,该类Fenton法具有一定的优越性.

Mg-Zn-Ca三元镁合金生物材料的腐蚀行为

以Zn与Ca为合金组元,采用熔融浇注法制备3种Ca含量分别为1%、2%和3%的Mg-Zn-Ca三元镁合金生物可降解材料,并对3种镁合金在Hank模拟体液中的质量损失腐蚀及电化学腐蚀行为进行研究。对不同腐蚀时间的合金表面形貌以及合金组织和相成分进行分析。结果表明:镁合金的腐蚀是从镁基相的点蚀开始的,含Ca量为1%的镁合金表现出良好的抗腐蚀性能;合金中Mg2Ca相的分布显著影响合金的耐腐蚀性能,合金体中Mg2Ca相的含量随着合金中Ca含量的增加而增加,导致合金的抗腐蚀性能变差。

耐热Mg-Zn-Si-Ca合金的显微组织和力学性能

开发了一种新型的Mg Zn Si Ca合金 ,研究了新合金的组织与力学性能之间的关系。研究结果表明 ,Mg 6Zn 1Si合金有较好的综合力学性能。但是由于合金中的主要强化相Mg2 Si呈粗大的汉字状 ,分布于晶界周围 ,在受到应力作用时 ,这种汉字状相与基体的界面处容易产生微裂纹 ,降低合金的抗拉强度、塑性等力学性能。在Mg 6Zn 1Si合金中加入微量Ca后 ,合金的组织得到明显细化 ,并使Mg2 Si强化相形貌由粗大的汉字状转变为细小、弥散分布的颗粒状。由于显微组织的改善 ,使得Mg 6Zn

冷却速率对Mg-Zn-Ca合金显微组织、力学性能及腐蚀性能的影响(英文)

采用铜模喷铸法制备直径为1.5、2和3mm的Mg69Zn27Ca4合金。采用X射线衍射(XRD)、力学性能实验及电化学实验研究冷却速率对合金的显微组织、力学性能及腐蚀性能的影响。结果表明:当直径为1.5mm时,合金为完全非晶态;随着冷却速率的下降,合金中出现韧性的α-Mg和Mg-Zn相,使得3mm直径样品的压缩应变量达到3.1%,优于1.5mm非晶合金的1.3%。此外,制备的Mg-Zn-Ca合金在模拟海水中的抗腐蚀性能远好于传统的ZK60镁合金。

Mg-Zn-Ca合金的非晶形成能力及力学性能

利用铜模铸造制备直径为1~4 mm的Mg72-xZn28Cax（x=1~6）合金,采用XRD、DSC、SEM和力学性能试验机分别对合金的非晶形成能力、相组成、断口形貌和力学性能进行研究。结果表明：在x为3、4和5时,Mg72-xZn28Cax合金的非晶形成能力（以直径表示）分别为2、3和2 mm;而当x为1、2和6时,Mg72-xZn28Cax合金的非晶形成能力低于直径为2 mm的;当x为3和5时,直径为2 mm的非晶态合金的屈服强度分别为591 MPa和662 MPa,塑性变形量分别为0.5%和0.2%;直径为3、2和1 mm的Mg68Zn28Ca4非晶合金的屈服强度分别为540、611和610 MPa,塑性变形量分别为0.48%、1.28%和6.2%,Mg68Zn28Ca4非晶合金是目前所报道的塑性变形量最大的镁基非晶合金;单位剪切面上弹性能的减少及其分布均匀性的改善是样品尺寸减小促使塑性应变量提高的主要原因。

Cu对Mg-Zn-Ca合金非晶形成能力与力学性能的影响

采用铜模铸造制备直径为3mm的Mg70-xZn25Ca5Cux(x=1,2,3.5,5)系列合金。分别采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、力学性能试验装置研究合金的显微组织、相组成和铸态样品的压缩性能,并对断口形貌进行分析。结果表明:Mg69Zn25Ca5Cu1可以形成直径为3mm的非晶合金,其强度和塑性应变分别为690MPa和1.7%。与Mg-Zn-Ca合金相比,其非晶形成能力和塑性应变均有提高。同时这也是目前在直径大于2mm的Mg基非晶合金中所发现的最大塑性应变量。

Ca对Mg-Zn合金热裂敏感性的影响

为了研究Ca元素对Mg-Zn二元合金热裂敏感性的影响,采用自制的"T"字形热裂仪器,以Mg-1.5Zn合金为基础合金,通过添加1%~4%的Ca元素来研究Mg-Zn-Ca系合金的热裂行为.采用金相显微镜及扫描电镜观察热裂区域的显微组织,分析Mg-Zn-Ca三元合金的热裂形成机理.结果表明,对于Mg-1.5Zn-xCa合金而言,随着Ca添加量的增加,热裂纹体积不断减小,合金的热裂敏感性降低;热裂发生时,Mg-1.5Zn-xCa合金中剩余液相体积分数逐渐增加,补缩效果不断提高,热裂敏感性随着Ca添加量的增加而逐渐降低;对于Mg-Zn-Ca合金而言,裂纹处的补缩物质为α-Mg和Ca2Mg6Zn3、Mg2Ca相的混合物.

Mg-Zn-Ca块体非晶合金及其强度可靠性

针对Mg-Ln-TM块体非晶合金脆性大、强度可靠性差等特点,研究了新型Mg-Zn-Ca非晶合金的性能并考察了成分变化对其热稳定性的影响.采用铜模铸造法制备出直径为2mm的Mg70-xZn25+xCa5(x=1、2、3、4)系列非晶合金,利用扫描电镜(SEM)、x射线衍射仪(XRD)、差分扫描量热仪(DSC)以及电子万能试验机分别研究了铸态样品的组织、相结构、热稳定性以及力学性能.实验结果表明:该系列非晶合金的晶化过程分3～4步完成,初始晶化温度随w(Mg)的提高而降低,同时对应较高的强度和一定的塑性应变.经Weibull统计分析表明:这4种非晶合金断裂强度的再现性存在差别,其中具有脉络纹断口的合金具有较高的Weibull模量,对应着良好的断裂强度再现性.

高强度Mg-Zn-Ca-Al合金的研究

采用铜模铸造法制备了Mg80Zn16-xCa4Alx(x=2、4、6)和Mg75Zn17Ca4Al4高强度镁合金,分别采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和万能力学实验仪研究了合金的组织、断口形貌、相组成和力学性能。试验结果表明,Mg80Zn16-xCa4Alx(x=2、4、6)和Mg75Zn17Ca4Al4合金的压缩强度分别为560MPa、560MPa、540MPa和635MPa,屈服强度分别为310MPa、310MPa、330MPa和600MPa。合金具有高达2.67×105N·m·kg-1的比强度,Mg75Zn17Ca4Al4合金的屈服强度是稀土高强度镁合金断裂强度的2倍。其他合金的屈服强度与稀土高强度镁合金的断裂强度相当。所研究的系列镁合金是目前所报道的强度和塑性最高的不含过渡族金属的镁合金。

钙对铸态医用Mg-6%Zn-x%Ca合金组织和力学性能的影响

研究了不同钙含量对铸态下医用Mg-6%Zn-x%Ca镁合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着钙含量的增加,合金的晶粒尺寸明显变小,显微硬度明显提高;能谱分析发现,钙主要分布在晶界处,也有少量钙溶解于α-Mg固熔体中。热模拟实验表明,成分为Mg-6%Zn-3%Ca的镁合金抗压强度和屈服强度最高。

医用Mg-Zn-Ca-Mn合金在PBS模拟体液中的腐蚀行为

利用真空感应熔炼,采用金属模浇铸制备了Mg(100-x-y-z)-Znx-Cay-Mnz四元合金。使用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪对合金进行分析和表征。探讨了合金在PBS模拟体液中的腐蚀行为。结果表明,Ca、Zn及Mn原子的复合加入可显著细化合金的铸态显微组织;镁合金的腐蚀发生于晶粒内部,至晶界处终止;当加入2.0%的Zn和0.5%的Ca时,铸态合金的抗腐蚀性能最佳(平均腐蚀速率为0.77mm/a);当Zn、Ca含量均大于1%时,固溶时效态合金的腐蚀速率下降为铸态的1/2～1/4,表现出优异的耐蚀性;固溶时效处理可有效减少Mg2Ca相的体积分数,改善其分布,提高合金的耐蚀性能。

Mg-Zn-Ca非晶合金对酸性红偶氮颜料的降解能力

为了有效降低酸性红偶氮颜料废水对环境的危害,研究了Mg-Zn-Ca合金的非晶形成能力与非晶条带的循环使用次数对废水的降解速率和脱色率的影响.结果表明,当x不大于4时,M g71+xZn24-xCa5合金可以形成非晶条带.降解速率和脱色率随非晶条带中Mg含量的增加而提高,Mg71Zn24Ca5、Mg73Zn22Ca5和Mg75Zn20Ca5合金与废水作用1 h后的脱色率分别达到83.56%、85.75%和87.18%.脱色反应前后非晶条带的结构基本不变,表明非晶合金具有循环使用特征.非晶合金中Ca元素可以优先富集形成矿化物质,从而造成Mg元素在合金表面的富集,这成为非晶合金的降解能力并未显著降低的主要原因.

MgZnCa合金的组织结构和力学性能分析

通过铜模吸铸法制备直径为3mm的Mg-Zn-Ca三元共晶合金,按成分比例配制的合金分别为Mg72Zn15Ca13、Mg62Zn36Ca2、Mg14Zn22Ca64和Mg26Zn48Ca26.利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、微机控制电子式万能试验机和扫描电子显微镜(SEM)对MgZnCa合金的组织结构、力学性能和断口形貌进行研究.结果表明:Mg72Zn15Ca13、Mg14Zn22Ca64和Mg26Zn48Ca26合金形成非晶相和晶体相共存的复合材料,Mg62Zn36Ca2形成纯晶体;其中强度最高、塑性最好的是Mg14Zn22Ca64,其强度和塑性应变分别为548MPa和0.9%;对于该合金系,强度随结晶度降低而升高;压缩断口形貌显示,Mg72Zn15Ca13、Mg62Zn36Ca2、Mg14Zn22Ca64和Mg26Zn48Ca26合金均为脆性断裂.

Ca对变形Mg-9Li-2Zn合金显微组织和机械性能的影响

实验熔制了Mg9％Li-2％Zn（质量分数）合金并研究了添加质量分数为0.1％～0．5％的巳对合金的影响．合金板材具有良好的冷加工性能，室温下可以轧成2mm厚的薄板．研究了微量元素巳对板材显微组织和机械性能的影响．室温下对板材进行拉伸测试，结果表明添加元素已能够提高合金的机械性能，当添加质量分数为0．1％的Ca时，板材的抗拉强度和延伸率分别提高了19％和6％，随着Ca含量的增加，强度略有提高而延伸率下降．通过显微观察可知，Ca对显微组织有细化作用，其中含Ca0．1％时效果最明显．通过分析结果可知Ca在晶界处的吸附致使显微组织细化，进而影响了板材的机械性能．

电磁搅拌对等通道挤压前后Mg-Zn-Zr-Ca合金组织和性能的影响

在合金熔炼过程中通过控制磁场的施加,分别制备无电磁搅拌和施加电磁搅拌的Mg-2.0Zn-0.7Zr-0.5Ca镁合金铸锭。采用等通道挤压(ECAP)工艺分别对这两种状态的合金进行挤压加工,研究电磁搅拌对ECAP前后合金组织和性能的影响。结果表明:与无磁场状态相比,施加电磁搅拌后,合金的显微组织和力学性能均得到很大改善。因电磁搅拌能细化铸态合金的原始晶粒,经1道次和2道次ECAP后合金的晶粒细化程度明显优于无磁场状态的铸态合金的。4道次ECAP后施加电磁搅拌合金的晶粒非常细小、均匀,且性能最佳,其硬度、屈服强度和伸长率分别达到56.3 HV、276 MPa和18.3%。

铸造压强对Mg-6Zn-1Al-0.5Mn-0.5Ca合金的组织和性能影响

利用XRD衍射仪、扫描电镜、透射电镜和拉伸测试研究挤压铸造压强对Mg-6Zn-1Al-0.5Mn-0.5Ca合金组织和性能的影响。结果表明:挤压铸造合金的相由α-Mg,τ(Mg32(Al,Zn)49)和少量的Al8Mn5相组成,压强变化并不改变第二相的组成;提高挤压铸造压强,合金铸态组织中第二相数量增加,尺寸减小且弥散分布;合金元素分布更均匀,尤其是添加的微量Mn,Ca,有效减轻了合金的枝晶偏析程度;随着挤压铸造压强的增加,合金的强度和塑性也随之提高;压强由0 MPa增加到100 MPa,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别提高了27%,14%,31%和9%;合金的力学性能提高主要是因为随着挤压铸造压强的增加,原子扩散激活能和晶体长大速率下降,冷却速率提高,使得第二相细化且数量增加。