【摘 要】
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作为可降解支架用材料,Zn及其合金相较于Fe基合金和Mg基合金具有适宜的降解速率和良好的生物相容性。支架用微管大部分是通过挤压→拉拔和挤压→轧制→拉拔的方法加工成型。挤压是成型管坯的重要塑性加工方法,而且挤压成型的管坯的组织和力学性能对后期支架用微管的性能影响很大。因此,本文选择本课题组研究的具有优异综合力学性能Zn-Mg-Mn合金。针对不同挤压参数制备Zn-Mg-Mn合金管材,利用扫描电镜(SE
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作为可降解支架用材料,Zn及其合金相较于Fe基合金和Mg基合金具有适宜的降解速率和良好的生物相容性。支架用微管大部分是通过挤压→拉拔和挤压→轧制→拉拔的方法加工成型。挤压是成型管坯的重要塑性加工方法,而且挤压成型的管坯的组织和力学性能对后期支架用微管的性能影响很大。因此,本文选择本课题组研究的具有优异综合力学性能Zn-Mg-Mn合金。针对不同挤压参数制备Zn-Mg-Mn合金管材,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、室温拉伸和压缩对合金管材的微观组织和和力学性能进行了研究。分析了挤压工艺、微观组织和力学性能之间的构效关系,从而为可降解Zn-Mg-Mn合金微管的后续加工提供有价值的基础数据。获得的结果如下:以铸造态的Zn-0.1Mg-1Mn合金为坯料,在挤压速度为1 mm/s,挤压温度从300℃降低到100℃。Φ12×2 mm的Zn-0.1Mg-1Mn合金管材的抗拉强度和屈服强度逐渐升高,但是增长幅度不大,抗拉强度和屈服强度维持在387~405 MPa和340~377 MPa之间,延伸率由6%逐渐升高到15%。合金管材平均晶粒尺寸从2.4 μm逐渐减小到1 μm,第二相尺寸也逐渐减小。小角度晶界占比从12%逐渐增加到17%。合金管材织构由ED‖<1010>和ED‖<1120>基面织构转变为Zn基体<0001>晶向与ED成70°到80°夹角的非基面织构。以锻造态的Zn-0.1Mg-1Mn合金为坯料,在挤压比为29和64时,Zn-0.1Mg-1Mn合金管材(Φ10×1 mm和Φ12×2mm)的抗拉强度、屈服强度和延伸率均随着挤压比的升高而降低,从29挤压比的367 MPa、319 MPa和36%降低到64挤压比的343 MPa、312MPa和25%。随着挤压比的升高合金管材的第二相尺寸减小,晶粒尺寸从1.2 μm增加到1.5 μm。小角度晶界占比变化不大,织构类型从非基面织构转变为ED‖<1010>的基面织构。以锻造态的Zn-0.1Mg-1Mn合金为坯料,在挤压温度为150和200℃,挤压比为33和56条件下挤压Zn-0.1Mg-1Mn合金细管(外径为Φ6×1.5 mm和Φ5×mm)。在挤压温度为150℃和挤压比为33时具有最优异的性能,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为385 MPa、377 MPa和41%。挤压温度和挤压比对管材的抗拉强度和屈服强度影响不大,抗拉强度均维持在380MPa左右,屈服强度维持在370 MPa左右,而延伸率则随着挤压温度升高而明显降低。挤压温度和挤压比对于合金管材的小角度晶界占比和织构类型影响不大,小角度晶界占比均在10.6%左右,织构类型均为ED‖<1010>的纤维基面织构。平均晶粒尺寸随着挤压温度和挤压比的升高呈现增长的趋势。以锻造态的Zn-0.08Mg-0.6Mn合金为坯料,在挤压速度为0.2和0.5 mm/s条件下挤压Φ10×1 mm 的 Zn-0.08Mg-0.6Mn 合金管材时,挤压速度为 0.2 mm/s 的 Zn-0.08Mg-0.6Mn合金管材具有最优异的性能,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为341 MPa、335 MPa和24%。挤压速度的升高对于合金管材的强度影响不大,但是会明显地降低延伸率。随着挤压速度的升高,平均晶粒尺寸有略微的增长,小角度晶界占比变化不大均在6.5%左右,织构从非基面织构转变为ED‖<1010>的基面织构。
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