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纯镁薄壁管挤压—拉拔工艺及生物腐蚀性能研究

作　者: 李成杰
导　师: 房文斌
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 纯镁薄壁管材大比率挤压冷拉拔腐蚀机理
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

镁及其合金具有非常独特的物理性能,例如密度小、比刚度大、比强度高等,使其在电子信息产品、航空航天、汽车减重等方面的应用具有广阔的前景。此外,镁在人体内可以通过与体液发生化学反应,反应产物对人体没有毒副作用。由于镁优良的生物相容性、可降解性,所以镁作为新一代人体植入材料受到了越来越多关注。但是,镁的晶格特点决定了其塑性加工性能较差,这也使镁的应用受到了限制。本文主要研究挤压-拉拔制备纯镁薄壁管材工艺和纯镁薄壁管材在人工模拟体液(SBF)中的腐蚀行为两方面内容。采用多次累计大比率挤压工艺制备出的二次挤压棒材具有晶粒细小、组织均匀的特点。采用一次挤压温度在200℃以下,挤压比为10.5,二次挤压温度为100℃,挤压比为10.2的挤压工艺所获得的二次挤压棒材平均晶粒尺寸可细化到9μm以下,最小可达到4.2μm,棒材的屈服强度在150~160MPa之间,抗拉强度在250~270MPa之间,延伸率在13~18.5%之间。将挤压后的棒材车削成管坯,采用长芯杆衬拉工艺和空拔后长芯杆衬拉工艺两种方式制备薄壁管材。研究发现,后者所制备的薄壁管材最薄壁厚可达到0.40mm,最小的平均晶粒尺寸为6.3μm。最薄的管材屈服强度最高达到195.9MPa,抗拉强度最高达到248.5MPa,延伸率仍然在6.0%以上。利用SEM、EDS研究纯镁薄壁管材的腐蚀机理。研究了晶粒尺寸、冷拉拔变形程度、热处理工艺等因素对管材腐蚀性能的影响。研究发现,纯镁薄壁管材腐蚀的不同时期在管材表面聚集的元素不同,腐蚀早期沉积在管材表面的Ca/P层并没有起到保护基体的作用,管材的腐蚀是从点腐蚀开始并扩展的,并且晶粒越细小、冷拉拔变形程度越大的管材耐蚀性越好,低温去应力退火后的管材耐蚀性优于高温完全再结晶退火后的管材。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 镁的基本特性及其应用领域  10-11
  1.3 镁合金管材挤压-拉拔工艺的研究现状  11-13
    1.3.1 镁合金管材的挤压工艺研究现状  11-12
    1.3.2 镁合金管材的拉拔工艺研究现状  12-13
  1.4 镁合金植入材料及其表面改性的研究现状  13-14
    1.4.1 镁合金植入材料的研究现状  13-14
    1.4.2 镁合金表面改性的研究现状  14
  1.5 课题的研究意义与内容  14-16
第2章实验方法  16-26
  2.1 实验材料  16-17
  2.2 实验方案  17-25
    2.2.1 纯镁棒材的挤压工艺  17-18
    2.2.2 纯镁管材的冷拉拔-退火工艺  18-23
    2.2.3 纯镁薄壁管材生物腐蚀性能研究  23-25
  2.3 分析测试方法  25-26
    2.3.1 室温力学性能测试  25
    2.3.2 金相组织分析  25
    2.3.3 SEM 分析  25-26
第3章大比率挤压工艺对纯镁组织性能的影响  26-43
  3.1 引言  26
  3.2 挤压工艺对纯镁组织演变的影响  26-30
    3.2.1 Ф52-Ф16-Ф5 挤压工艺下纯镁的组织演变  26-29
    3.2.2 Ф52-Ф10-Ф5 挤压工艺下纯镁的组织演变  29-30
  3.3 挤压工艺对力学性能的影响  30-35
    3.3.1 Ф52-Ф16-Ф5 挤压工艺对纯镁棒材力学性能的影响  30-31
    3.3.2 Ф52-Ф16-Ф5 工艺下的纯镁棒材拉伸断口形貌  31-32
    3.3.3 Ф52-Ф10-Ф5 挤压工艺对纯镁棒材力学性能的影响  32-34
    3.3.4 Ф52-Ф10-Ф5 工艺下纯镁棒材的拉伸断口形貌  34-35
  3.4 退火工艺对Ф10-Ф5 棒材组织性能的影响  35-40
    3.4.1 退火工艺对二次挤压棒材组织的影响  35-38
    3.4.2 退火工艺对二次挤压棒材力学性能的影响  38-39
    3.4.3 退火后纯镁棒材的拉伸断口形貌  39-40
  3.5 两种挤压工艺对纯镁棒材组织、性能的影响对比  40-41
  3.6 本章小结  41-43
第4章纯镁薄壁管材的冷拉拔-退火工艺  43-67
  4.1 引言  43
  4.2 不同拉拔工艺路线  43-45
    4.2.1 拉拔工艺原始坯料的组织与性能  43-44
    4.2.2 纯镁薄壁管材的拉拔工艺  44-45
  4.3 不同拉拔工艺下管材的力学分析  45-48
    4.3.1 长芯杆衬拉工艺下管材的受力与变形分析  45-46
    4.3.2 空拔后长芯杆衬拉工艺下管材的受力与变形分析  46-47
    4.3.3 两种拉拔工艺下管材失效形式  47-48
  4.4 不同拉拔工艺对管材冷变形组织的影响  48-52
    4.4.1 长芯杆衬拉工艺对管材冷变形组织的影响  48-50
    4.4.2 空拔后长芯杆衬拉工艺对管材冷组织的影响  50-52
  4.5 不同拉拔工艺下纯镁薄壁管材的力学性能  52-55
    4.5.1 长芯杆衬拉工艺前后管材的力学性能  52-53
    4.5.2 空拔后长芯杆衬拉工艺管材的力学性能  53-55
  4.6 不同拉拔工艺下纯镁薄壁管材的室温拉伸断口形貌  55-56
  4.7 退火工艺对管材再结晶组织变化的影响  56-66
    4.7.1 退火工艺对长芯杆衬拉管材再结晶组织的影响  56-61
    4.7.2 退火工艺对空拔后长芯杆衬拉工艺管材再结晶组织的影响  61-66
  4.8 本章小结  66-67
第5章纯镁管材在SBF 中的腐蚀性研究  67-76
  5.1 引言  67
  5.2 纯镁薄壁管材的腐蚀机理  67-69
  5.3 Ф3.3×0.40mm 薄壁管材的腐蚀性能  69-70
    5.3.1 Ф3.3×0.40mm 薄壁管材的腐蚀规律  69-70
    5.3.2 Ф3.3×0.40mm 薄壁管材的腐蚀形貌  70
  5.4 晶粒尺寸对管材腐蚀行为的影响  70-72
    5.4.1 不同晶粒尺寸管材的显微组织  70-71
    5.4.2 不同晶粒尺寸管材的腐蚀行为  71
    5.4.3 不同晶粒尺寸管材的腐蚀形貌  71-72
  5.5 不同冷拉拔变形程度管材的腐蚀行为  72-74
    5.5.1 不同冷拉拔变形程度管材的腐蚀规律  72-73
    5.5.2 不同冷拉拔变形程度管材的腐蚀形貌  73-74
  5.6 不同热处理工艺对管材腐蚀性能的影响  74-75
    5.6.1 不同热处理工艺下管材的腐蚀规律  74-75
    5.6.2 不同热处理工艺下管材的腐蚀形貌  75
  5.7 本章小结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-84
致谢  84

纯镁薄壁管挤压—拉拔工艺及生物腐蚀性能研究

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