电沉积制备镁合金HA涂层的组织及其可降解性能

采用碱热处理＋电沉积＋碱热处理相结合的工艺,在Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材表面制备羟基磷灰石（HA）涂层。利用X射线衍射和SEM对涂层的组织和形貌进行了分析,对合金板材及HA涂层板材在SBF溶液中的可降解性能进行了研究,结果表明：通过前碱热处理＋电沉积＋后碱热处理的方法在电沉积温度50℃,电压10 V条件下,在Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材表面制备出了平整、致密的HA涂层,其Ca/P的比值（1.72）与人骨的（1.67）相近;HA涂层Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材在SBF溶液腐蚀过程中,发现3 d时腐蚀液穿过HA涂层开始浸蚀基体。随着腐蚀时间的延长,部分点蚀的直径扩大,构成局部腐蚀;HA涂层Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材在SBF溶液中的初始腐蚀速率低于未涂层的合金板材,其在SBF溶液中的初始pH值的变化低于未涂层的,随降解时间延长,pH变化幅度开始增大,10 d后pH值平均值约为9.2,随后逐步趋于稳定;HA涂层Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材在SBF溶液中的初始自腐蚀电位与未涂层的相比正移200 mV以上,亦说明了其在SBF溶液中的初始腐蚀速率低于未涂层的,但是随着涂层的脱落将促使腐蚀速率增大。     

Mg-4.0Zn-2.5Sr合金HA涂层体外降解及生物相容性

通过电沉积工艺在生物材料Mg-4.0Zn-2.5Sr合金表面制备HA涂层,对比研究了HA涂层与无涂层Mg-4.0Zn-2.5Sr合金在Hank’s溶液中的降解性能及生物相容性。结果表明:通过电沉积工艺电压5 V,温度50℃,时间2 h后,再经过后碱热处理2 h可制备出组织细小、致密、均匀并与基体有良好结合的HA涂层。Mg-4.0Zn-2.5Sr合金在Hank’s溶液中的最终腐蚀速率为0.264 g/(cm~2·h)。HA涂层Mg-4.0Zn-2.5Sr合金在Hank’s溶液中最终腐蚀速率为0.163 g/(cm~2·h)。电化学分析发现HA涂层Mg-4.0Zn-2.5Sr合金的腐蚀电位是-0.801 V,明显高于无涂层Mg-4.0Zn-2.5Sr合金的腐蚀电位-1.33 V,说明经过HA涂层后镁合金的抗腐蚀性能获得提高。HA涂层与无涂层Mg-4.0Zn-2.5Sr合金的细胞溶血率均在生物材料5%的允许范围之内,作为生物材料使用时均不会发生溶血现象。HA涂层与无涂层Mg-4.0Zn-2.5Sr合金的细胞增殖率均超过96%,为1级细胞毒性,通过细胞形貌特性分析也证明了二者的细胞毒性作用非常小,满足生物材料细胞毒性的要求。     

正挤压态Mg-1Zn-1Ca合金的显微组织及其在SBF溶液中的腐蚀行为

通过合金化、均匀化热处理和正挤压制备Mg-1Zn-1Ca(质量分数,%)合金,采用电化学方法、浸泡腐蚀法研究合金在人体模拟体液(SBF)中的腐蚀行为.采用OM和SEM观察合金组织和腐蚀产物层形貌,用SEM附带的EDS分析合金相成分和腐蚀产物成分,采用Fourier变换红外吸收光谱对腐蚀产物官能团进行结构分析,结合XRD结果确定腐蚀产物的相组成.结果表明,Mg-1Zn-1Ca合金由a-Mg,Mg2Ca和Ca2Mg6Zn3组成.在SBF溶液中浸泡72 h后,Mg-1Zn-1Ca合金的腐蚀产物为HA(Ca10(OH)2(PO4)6),Ca CO3,Mg Cl2和Mg(OH)2.在浸泡腐蚀过程中,高活性的Mg2Ca相作为阳极率先发生腐蚀,从而对周围a-Mg基体起到一定保护作用,而Ca2Mg6Zn3相活性最低,加剧了a-Mg基体的腐蚀.正挤压态合金耐蚀性能优于铸态合金的耐蚀性能.     

Mg-1Zn-1Mn合金微弧氧化膜在SBF模拟体液中的腐蚀行为

采用微弧氧化工艺在Mg-1Zn-1Mn合金表面制备微弧氧化陶瓷膜。借助扫描电镜、激光扫描共聚焦显微镜、能谱分析仪和X射线衍射分析仪对氧化膜的微观结构和相组成进行表征,通过电化学方法和浸泡实验研究陶瓷膜在模拟体液中的耐腐蚀性。结果表明:微弧氧化5 min可在Mg-1Zn-1Mn合金表面形成光滑平整、厚度为10μm并与基体结合良好的陶瓷膜,其主要由Mg O和Mg2Si O4组成,为典型的多孔结构;微弧氧化陶瓷膜可使Mg-1Zn-1Mn合金产生钝化,显著提高合金在SBF溶液中的耐腐蚀性,腐蚀速率降低至0.026 mm/a,耐腐蚀性提高近10倍。陶瓷膜裂纹和腐蚀介质与陶瓷膜反应造成的破损使得腐蚀液渗入到合金与陶瓷膜界面,导致SBF溶液与合金接触发生反应,造成点蚀和丝状腐蚀。     

稀土Y元素对铸态镁合金组织与力学性能的影响

采用熔炼工艺制备了Mg-2.0Zn-0.2Ca与Mg-2.0Zn-0.2Ca-2Y合金,研究了两种合金的铸态组织及力学性能。结果表明,Y元素的添加细化了Mg-2.0Zn-0.2C合金的铸态组织。Mg-2.0Zn-0.2Ca合金主要由α-Mg与少量Mg₇Zn₃相组成,添加2wt%的Y后,改变了Zn在Mg基体中的固溶度,降低了其固溶强化效果,同时组织中形成了I相和W相。添加Y元素后,合金的规定塑性延伸强度升高,从41.0 MPa升高到50.6 MPa;伸长率降低,从12.6%降低到4.0%。     

铝空气电池Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti阳极材料性能研究

研究了基于Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti为阳极材料的铝空气电池在0.6 mol/L NaCl溶液中的放电性能,测试了纯Al、纯Zn及Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti阳极材料的自腐蚀速率、动电位极化曲线及电化学阻抗谱(EIS),利用扫描电镜(SEM)观察了3种材料放电后的腐蚀形貌。结果表明,作为空气电池阳极材料,与纯Al、纯Zn相比,Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti阳极合金能提供更高的工作电势、阳极利用率和电容量。3种材料的自腐蚀速率依次为:AlAl-5Zn-0.02In-1Mg-0.05TiZn。SEM和EIS结果表明,Al-5Zn-0.02In-1Mg-0.05Ti合金放电后的表面均匀分布着小而浅的腐蚀坑,使合金在放电过程中保持高的活性。     

Ca含量对多孔Mg-Zn-Ca合金组织和性能的影响

研究了粉末冶金制备的多孔Mg-1Zn-xCa合金中Ca含量对合金孔隙度、显微组织、物相组成、抗压强度、显微硬度以及耐腐蚀性能的影响。结果表明,随着Ca含量的增加,多孔合金的孔隙度降低,抗压强度和显微硬度均是先上升然后降低。当Ca含量为2%(质量分数)时,多孔Mg-1Zn-2Ca合金的抗压强度为35.6 MPa,显微硬度(HV)为51.2,分别比多孔Mg-1Zn合金提高46.5%和35.4%。SEM分析表明,随着Ca含量增加,多孔Mg-1Zn-2Ca合金孔壁(多孔材料基体)变得更加致密。XRD和EDS分析表明,多孔Mg-1Zn-2Ca合金由单相α-Mg固溶体组成;多孔Mg-1Zn-2.5Ca合金由α-Mg固溶体和Mg2Ca两相组成。耐腐蚀性能测试表明,多孔Mg-1Zn-xCa合金的腐蚀速率随着Ca含量的增加先降低而后略有增加,腐蚀48h后,多孔Mg-1Zn-2Ca合金的腐蚀速率最低为0.15mm·a~(-1),耐腐蚀性达到最佳。     

Influence of Nd on Microstructure and Bio-corrosion Rsistance of Mg-Zn-Mn-Ca Alloy

将0.4%(质量分数,下同)的Nd添加到Mg-6Zn-1Mn-0.5Ca合金中,以研究稀土元素Nd对合金显微组织和耐生物腐蚀性能的影响。采用金相(OM)、带能谱的扫描电镜(SEM+EDS)以及XRD等手段分析了合金的微观组织。采用静态浸泡、析氢和电化学极化等手段研究了合金在模拟体液(SBF)中的耐腐蚀性能。结果表明,随着Nd的添加,合金的显微组织得到了明显的细化。在Mg-6Zn-1Mn-0.5Ca-0.4Nd合金中形成了2种第二相的机械混合物Ca2Mg6Zn3+Mg41Nd5。在SBF中浸泡7d以后,较多的此种混合物仍残留于含Nd合金的表面,而在不含Nd的合金中,只有极少量的颗粒状Ca2Mg6Zn3残留在其表面。故Nd的添加显著提高了Mg-6Zn-1Mn-0.5Ca合金的耐生物腐蚀性能。     

Nd对Mg-Zn-Mn-Ca 合金显微组织和耐生物腐蚀性能的影响(英文)

将0.4%(质量分数,下同)的Nd添加到Mg-6Zn-1Mn-0.5Ca合金中,以研究稀土元素Nd对合金显微组织和耐生物腐蚀性能的影响。采用金相(OM)、带能谱的扫描电镜(SEM+EDS)以及XRD等手段分析了合金的微观组织。采用静态浸泡、析氢和电化学极化等手段研究了合金在模拟体液(SBF)中的耐腐蚀性能。结果表明,随着Nd的添加,合金的显微组织得到了明显的细化。在Mg-6Zn-1Mn-0.5Ca-0.4Nd合金中形成了2种第二相的机械混合物Ca2Mg6Zn3+Mg41Nd5。在SBF中浸泡7d以后,较多的此种混合物仍残留于含Nd合金的表面,而在不含Nd的合金中,只有极少量的颗粒状Ca2Mg6Zn3残留在其表面。故Nd的添加显著提高了Mg-6Zn-1Mn-0.5Ca合金的耐生物腐蚀性能。     

含Sr和Ca的Mg-12Zn-4Al-0.3Mn合金的显微组织和力学性能

以Mg-12Zn-4Al-0.3Mn(质量分数,%)为母合金,制备了6种合金.实验观察证实,Mg-12Zn-4Al-0.3Mn合金的铸态组织由α-Mg基体和沿晶界分布的准晶Q相组成.在母合金中加入少量的Sr后,亚稳准晶相转变为Mg32(Al,Zn)49平衡相以及Mg51Zn20共晶相.在母合金中复合加入Sr与Ca后,铸态组织出现了Al2Mg5Zn2共晶相.随着Sr含量的增加,合金室温和高温下的力学拉伸强度提高,高温蠕变性能下降;Sr与Ca的复合加入使合金抗拉强度和塑性下降,但高温屈服强度提高.在175℃/70 MPa条件下,Mg-12Zn-4Al-0.2Sr-0.4Ca-0.3Mn合金表现出良好的高温抗蠕变性能.     

Damage Behavior of SnAgCu Solder under Thermal Cycling

电子封装焊点的热循环失效是焊点材料损伤逐步发展的结果,本工作旨在对SnAgCu钎料的热循环损伤失效行为进行研究.以连续损伤力学理论为基础,提出了一种适用于热循环条件下SnAgCu钎料蠕变-疲劳交互作用的损伤模型.据此,设计了热力循环实验和热循环实验用以标定损伤模型相关参量.自行设计了双金属剪切加载装置并结合温度循环实验,对SnAgCu钎料的热力耦合损伤行为进行了深入研究.以电阻变化率作为损伤变量,并在热循环的不同周次测量试样的损伤值从而验证损伤模型.结果表明:所提出的幂函数形式的损伤模型能较好的描述SnAgCu钎料的热循环损伤演变.最后,对热循环条件下SnAgCu钎料试样的微观组织演变进行了SEM分析,从而揭示其损伤演变机理.     

Mg-4.0Zn-0.2Ca合金生物医用的体外评价(英文)

研究了挤压态Mg-4.0Zn-0.2Ca合金的体外降解和细胞毒性,通过MTT法用L929细胞检测挤压态Mg-4.0Zn-0.2Ca合金的细胞毒性。研究结果表明:Zn和Ca元素能够显著提高挤压态Mg-4.0Zn-0.2Ca合金在模拟体液中的抗腐蚀能力,减慢降解率;挤压态Mg-4.0Zn-0.2Ca合金与细胞的相容性良好,可用于骨种植。     

纳米羟基磷灰石对血管内支架用可降解Mg-Zn-Zr 合金性能的影响

作为可降解血管内支架材料的探索,制备了Mg-3Zn-0.8Zr合金(质量分数,%,下同)及Mg-3Zn-0.8Zr-1HA复合材料,研究了纳米羟基磷灰石(n-HA)对合金力学性能和生物腐蚀降解性能的影响。n-HA均匀分布于镁合金基体中,使晶粒细化,抗拉强度和延伸率均高于未添加n-HA合金。模拟体液(SBF)浸泡实验表明：随着浸泡时间延长,两种材料表面形貌差异明显。浸泡20 d后,含n-HA的复合材料表面完整,有Ca、P沉积层形成,电化学测试计算的电流密度为0.701×10-5A·cm-2;而不含HA的合金表面严重脱落形成凹坑,对应腐蚀电流密度为1.034×10-5A·cm-2,显示n-HA显著增加了镁合金的耐腐蚀能力     

In vitro degradation and cytotoxicity of Mg-5Zn-0.3Ca/nHA biocomposites prepared by powder metallurgy

Mg-5Zn-0.3Ca/nHA biocomposites were prepared from pure Mg, Zn, Ca and nano-hydroxyapatite (nHA) powders by powder metallurgy method. The effect of various mass fractions of nHA (1%, 2.5%, 5%) as reinforcement on the corrosion properties of Mg-5Zn-0.3Ca alloy was investigated. The corrosion resistance of biocomposite samples was investigated by immersion tests and electrochemical techniques in SBF solution. The results showed that the corrosion resistance of Mg alloy was improved by adding 1% and 2.5% nHA. Bioactive nHA motivated the formation of stable phosphate and carbonate layers on surface and improved corrosion resistance of nanocomposites. However, addition of large contents of nHA in Mg alloy as reinforcement increased the density of this precipitated layer, so gases produced from localized corrosion were accumulated underneath this layer and decreased its adhesiveness and lowered its corrosion resistance. Indirect cytotoxicity evaluation for Mg alloy and its nanocomposites also showed that their extraction was not toxic and nanocomposite with 1% nHA indicated almost similar behavior as negative control.     

时效时间对Zn-5.5Mg-0.4Ba-0.7Gd合金组织及性能的影响

对真空熔炼制备的Zn-5.5Mg-0.4Ba-0.7Gd合金在150 ℃分别时效2、4、8 h,研究时效时间对合金组织及性能的影响。结果表明,时效可以改善合金的微观结构,时效初期合金中的MgZn₂相逐渐转化为Mg₂Zn₁₁相。电化学测试结果表明,时效4 h后合金耐腐蚀性能最佳,自腐蚀电位为-942.844 mV,自腐蚀电流密度为13.34 μA/cm²,微孔电阻为1894 Ω·cm²,电荷转移电阻为1613 Ω·cm²。时效4 h后合金腐蚀产物主要由具有优良的生物相容性的磷酸锌(钙)、碳酸锌(钙)和氢氧化锌组成。     

Microstructure and corrosion behaviors of as-rolled Mg-Zn-Er alloy sheets

The corrosion behaviors and mechanism of the as-rolled Mg-xZn-0.5Er (x=0.5, 2.0, 3.0 and 4.0, in wt.%) alloys were investigated. The potential difference between the second phase and matrix was determined by the type and size of the second phases. The dominated nano-scale W-phase on matrix in the Mg-0.5Zn-0.5Er alloy induced a sharp local pitting corrosion. However, as the volume fraction of the coarse W-phase or I-phase increased, the corrosion reaction was inclined to happen around the coarse W-phase or I-phase preferentially, leading to an obvious uniform corrosion and great acceleration of corrosion rate. The long-term immersion (14 d) results indicated that the corrosion resistance decreasing sequence was Mg-0.5Zn-0.5Er > Mg-2.0Zn-0.5Er > Mg-3.0Zn-0.5Er > Mg-4.0Zn-0.5Er.     

等通道转角挤压对生物Mg-Zn-Ca合金显微组织与腐蚀行为的影响

旨在探讨等通道转角挤压(equal-channel-angular-pressed,ECAP)对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金的显微组织以及腐蚀行为的影响。对铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金进行了1,2,4道次的剪切挤压变形。采用光学显微组织观察、X射线反射法、电化学等手段研究了挤压道次对镁合金显微组织、织构以及腐蚀行为的影响,也特别关注了ECAP对试样的不同截面方向的显微组织演变以及模拟体液(simulatedbodyfluid,SBF)电化学腐蚀行为的影响。结果表明:ECAP变形后铸态Mg-3Zn-0.2Ca镁合金晶粒逐渐细化,变形后镁合金呈现出与挤压方向呈一定角度的002面剪切织构;随着挤压道次增加,合金的耐蚀性先增加后降低。等通道转角挤压对合金耐蚀性的影响是晶粒尺寸、晶体缺陷和织构变化的综合效果;ECAP变形后合金不同截面方向呈现不同的耐蚀性,垂直于挤压方向截面的耐蚀性优于另2个方向截面的耐蚀性。