循环拉应力和塑性应变对纯镁在模拟体液中降解行为的影响研究

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与其他植入金属材料相比,镁及其合金具有较低的杨氏模量,良好的生物相容性和可降解性能,因此镁及其合金在可降解植入材料领域具有巨大的发展前景。但是由于镁的腐蚀电位过低,非常容易因腐蚀而失效,并且镁在植入体内后会受到力的作用,因此需要对其在体液和力学环境中的腐蚀性能进行研究,为其临床应用提供参考与指导。本文通过真空熔炼和挤压的工艺,将蒸馏态纯镁制备成挤压态棒材,采用光学显微镜、扫描电子显微镜等设备,通过拉伸力学实验、压缩力学实验、析氢失重试验、电化学实验和循环应力腐蚀测试等方法研究了挤压态纯镁的组织、力学性能以及耐蚀性能,并对循环拉应力和塑性应变对纯镁在模拟体液中降解行为的影响进行了系统的研究,探讨了可能的腐蚀机理。应力腐蚀实验表明循环拉应力会对纯镁的腐蚀性能产生影响。一方面,施加应力后纯镁的极化电阻值的上升速度会变慢,与无应力的情况相比需要花费更长的时间才能达到稳定值;另一方面,施加应力后纯镁的极化电阻值的稳定值要小于未施加应力的情况。在未发生断裂的情况下,施加不同循环拉应力后,纯镁的极化电阻值的稳定值大致相等,与所施加的应力大小无关。初步推测这是因为施加应力后可加速腐蚀产物膜的破裂,使腐蚀产物膜更早地由单层结构变为双层或者多层结构。虽然这种变化会导致腐蚀产物膜对纯镁基体的保护变差,但也会使腐蚀产物膜对应力的抵抗力提高。施加应力会提高纯镁在SBF溶液中的自腐蚀电流密度,加速纯镁的腐蚀。在施加35%的循环拉应力后,在整个浸泡过程中,纯镁的自腐蚀电流密度为未施加应力时的自腐蚀电流密度的3倍左右。塑性应变会降低纯镁的耐腐蚀性能,但是对材料不同面的影响也不尽相同。塑性应变会严重恶化沿着应变方向的耐腐蚀性能,在样品表面形成带状的腐蚀沟,且产生的塑性应变越大,沿应变方向的耐腐蚀性能越差;但是对垂直于应变方向的耐腐蚀性能影响不大。塑性应变会降低纯镁的耐腐蚀性能,这可能与塑性应变过程中产生的位错与孪晶有关,一方面这些缺陷会储存着一定的残余应力,引起应力腐蚀,另一方面位错和孪晶可能会降低其附近的腐蚀电位,从而引起电偶腐蚀。但其具体的腐蚀机理还需要进一步探究。
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