Mg-Zn-Ni合金组织与性能的研究

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本文制备出Mg-4Zn-x Ni(x=0.5,1,2,4 wt.%)合金,并对其进行挤压变形。研究Ni含量对铸态合金的显微组织、力学性能和降解性能的影响规律,进而研究挤压工艺对Mg-4Zn-2Ni合金和Ni含量对挤压态Mg-4Zn-x Ni合金的力学性能和降解性能的影响规律。研究结果表明,铸态Mg-4Zn-x Ni(x=0.5,1,2,4 wt.%)合金中的第二相为Mg2Ni相和τ(Mg Zn Ni)相,随着Ni含量的增加,第二相的含量逐渐增加,压缩强度随之增加。另外,Ni元素的加入有利于提高Mg-Zn系合金的降解速率,且Mg-4Zn-x Ni合金的降解速率随Ni含量的增加而增大。其中电偶腐蚀是Mg-4Zn-x Ni合金的主要腐蚀机理,具有高电化学电位的Mg2Ni相的形成可以加速Mg-Zn系合金的降解速度。随着Ni含量的增加,Mg2Ni相的含量增加,加剧了合金的电偶腐蚀,赋予了Mg-Zn系合金的更高的降解速率。Mg-4Zn-2Ni合金经不同温度挤压后,与铸态合金相比,晶粒尺寸明显细化,第二相分布更加均匀,挤压态Mg-4Zn-2Ni合金的第二相主要为Mg Zn、Mg2Ni和τ(Mg Zn Ni)。随着挤压温度的升高,再结晶晶粒尺寸和再结晶体积分数明显增大。随着挤压速度从1 mm/s降低至0.1 mm/s,Mg-4Zn-2Ni合金的晶粒尺寸从0.90μm降低至0.31μm,再结晶体积分数从92%降低至56%。当挤压温度为200℃,挤压速度为0.1 mm/s时,Mg-4Zn-2Ni合金的抗压强度和降解速率分别为~512.6 MPa和~619.35 mm/y,均高于目前可降解镁合金的研究水平。晶粒尺寸、晶粒取向、位错密度和第二相对Mg-4Zn-2Ni合金的降解速率有重要的影响,其中位错密度和第二相是影响挤压态Mg-4Zn-2Ni合金降解速率的关键因素。Mg-4Zn-x Ni合金在250℃-0.1 mm/s挤压后由于动态再结晶的发生,晶粒尺寸明显细化,随着Ni含量的增加,动态再结晶晶粒尺寸逐渐减小,但其抗压强度逐渐增高,降解速率逐渐增快。挤压态Mg-4Zn-x Ni合金降解速率较快的原因主要是由于第二相的增多,与基体之间形成的电偶腐蚀引起的。此外,挤压态Mg-4Zn-x Ni合金的抗压强度均高于铸态Mg-4Zn-x Ni合金。可降解Mg-4Zn-x Ni合金的力学性能和降解性能可以通过调控挤压工艺和合金含量来实现,进而得到一种力学性能和降解性能可控的可降解镁合金,为镁合金在可降解领域的研究提供了理论依据。
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