医用可降解Mg-2Y-1Zn-<i>x</i>Zr合金微观组织和耐蚀性能研究

doi:10.11902/1005.4537.2021.014

中国腐蚀与防护学报

2022, Vol. 42

Issue (1): 113-119 DOI: 10.11902/1005.4537.2021.014

研究报告

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医用可降解Mg-2Y-1Zn-xZr合金微观组织和耐蚀性能研究

王中琪¹^,², 许春香¹(

), 杨丽景²(

), 田林海¹, 黄涛¹^,², 史义轩², 杨文甫¹

^1.太原理工大学材料科学与工程学院太原 030024
^2.中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波 315201

Microstructure and Corrosion Resistance of Medical Degradable Mg-2Y-1Zn-xZr Alloy

WANG Zhongqi¹^,², XU Chunxiang¹(

), YANG Lijing²(

), TIAN Linhai¹, HUANG Tao¹^,², SHI Yixuan², YANG Wenfu¹

^1.College of Materials Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
^2.Key Laboratory of Marine Materials and Related Technologies, Zhejiang Key Laboratory of Marine Materials and Protective Technologies, Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, China

全文: PDF(8729 KB) HTML

摘要:

为了提高医用可降解Mg-2Y-1Zn合金耐腐蚀性能，添加了不同含量的Zr (0，0.2%，0.4%和0.6%，质量分数)，并通过XRD、OM、SEM、EDS、析氢和电化学实验等方法研究了Zr含量对合金显微组织和腐蚀行为的影响。结果表明：Mg-2Y-1Zn主要由α-Mg与Mg₃Y₂Zn₃相组成，适量Zr (≤0.4%) 的加入没有改变第二相的类型。Zr可以有效细化合金晶粒，优化组织结构，降低腐蚀电流密度，提升合金耐腐蚀性，并使之趋于均匀腐蚀。但当Zr含量达到0.6%时，多余的Zr会析出形成富Zr区，促进电偶腐蚀的发生，使合金耐蚀性有所下降。析氢结果表明，Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金耐腐蚀性最佳。

关键词 ： Zr, 晶粒细化, 金相组织, 电化学, 腐蚀, 镁合金

Abstract：

The effect of Zr addition of 0%, 0.2%, 0.4% and 0.6% (mass fraction) respectively on the microstructure and corrosion behavior in simulated body fluid of Mg-2Y-1Zn alloys is systematically investigated via XRD, OM, SEM and EDS, as well as hydrogen evolution measurement and electrochemical measurement. The results show that Mg-2Y-1Zn is mainly composed of α-Mg and Mg₃Y₂Zn₃ phases, and the addition of Zr (≤0.4%) does not change the type of the second phase, while Zr can effectively refine the grains, optimize the microstructure, slower the corrosion current density, improve the corrosion resistance of the alloy, and make the alloy tend to uniform corrosion. However, when the addition of Zr is 0.6%, the excess Zr will precipitate to form a Zr rich region, which promotes the occurrence of galvanic corrosion and reduces the corrosion resistance of the alloy. The results of hydrogen evolution measurement show that the Mg-2Y-1Zn-0.4Zr alloy has the best corrosion resistance.

Key words： Zr grain refining metallographic structure electrochemistry corrosion Mg-alloy

收稿日期: 2021-01-18

ZTFLH:

TG27

基金资助:国家自然科学基金(51574175);国家重点研发计划(2019YFE0118600);宁波市2025重大专项(2019B10104);宁波市自然科学基金(2018A610211)

通讯作者: 许春香,杨丽景 E-mail: xuchunxiang2020@126.com;yanglj@nimte.ac.cn

Corresponding author: XU Chunxiang,YANG Lijing E-mail: xuchunxiang2020@126.com;yanglj@nimte.ac.cn

作者简介: 王中琪，男，1994年生，硕士生

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王中琪, 许春香, 杨丽景, 田林海, 黄涛, 史义轩, 杨文甫. 医用可降解Mg-2Y-1Zn-xZr合金微观组织和耐蚀性能研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2022, 42(1): 113-119.
Zhongqi WANG, Chunxiang XU, Lijing YANG, Linhai TIAN, Tao HUANG, Yixuan SHI, Wenfu YANG. Microstructure and Corrosion Resistance of Medical Degradable Mg-2Y-1Zn-xZr Alloy. Journal of Chinese Society for Corrosion and protection, 2022, 42(1): 113-119.

链接本文:

https://www.jcscp.org/CN/10.11902/1005.4537.2021.014 或 https://www.jcscp.org/CN/Y2022/V42/I1/113

表1 Mg-2Y-1Zn-xZr合金成分

图1 不同Zr含量的Mg-2Y-1Zn-Zr合金的XRD谱

图2 不同Zr含量的Mg-2Y-1Zn-xZr金相组织

图3 Mg-2Y-1Zn-0.4Zr 和Mg-2Y-1Zn-0.6Zr合金的金相照片及相应的元素面扫描结果

表2 A，B，C三点的EDS分析

图4 H2释放量，析氢速率和pH随浸泡时间的变化

图5 不同成分合金样品浸泡10 d后的XRD衍射图

图6 4种合金去除腐蚀产物膜前后的表面形貌

图7 4种Mg-2Y-1Zn-xZr合金在SBF中的极化曲线

表3 4种Mg-2Y-1Zn-xZr合金在SBF中的极化曲线拟合结果

图8 4种Mg-2Y-1Zn-xZr合金在SBF溶液中的阻抗图谱及拟合电路

表4 拟合电路中各个元件的拟合结果

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