论文摘要
镁合金具有良好的生物兼容性，鉴于目前应用到医学领域的生物合金材料大都为钛合金以及不锈钢，并且这两种合金有一定的局限性，如钛合金加工成形困难，价格昂贵；不锈钢密度大，并且含有Ni、Cr等对人体有害的重金属元素。因此，开发新型镁合金做为医用生物材料具有意义。本文通过普通凝固和变形加工工艺研制出了具有高塑性的新型Mg-Bi和Mg-Bi-Ca合金。合金中Bi元素的质量百分含量分别为2％、5％、9％，Ca元素的质量百分含量为1．5％。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射分析（XRD）和差热分析（DTA）分析了合金的组织、相变与相组成，测试了合金的室温力学性能，旨在为新型医用生物镁合金材料的开发做前瞻性的探索。研究结果表明，Mg-Bi二元合金组织由a-Mg基体和Mg3Bi2相组成。晶粒尺寸随着Bi含量的增加而减小，合金晶粒尺寸介于80μm-270μm之间。Mg3Bi2析出相以互成约120°的杆状均匀分布在基体上。其中Mg-2％Bi（简写为Mg-2Bi。下文中，类似化学式具有相同含义）合金组织为a-Mg+Mg3Bi2颗粒、Mg-5Bi合金组织为a-Mg+Mg3Bi2颗粒+杆+晶界上Mg3Bi2断续网、Mg-9Bi合金组织为a-Mg+Mg3Bi2颗粒+杆+晶界上Mg3Bi2连续网。Mg-2Bi、Mg-5Bi和Mg-9Bi合金的实际测量密度分别为1．799 g／cm3、1．820 g／cm3和1．886 g／cm3。Mg-Bi-Ca合金组织由a-Mg基体、Mg3Bi2相以及CaMg2Bi2相组成，其组织与Mg-Bi合金相比，因Ca元素的加入，组织细化。EX-Mg-Bi合金组织因动态再结晶，由细小的等轴晶或不完全再结晶的近似等轴晶组成，晶粒尺寸介于4μm-15μm之间。在挤压比为25条件下获得的EX-Mg-2Bi、EX-Mg-5Bi、EX-Mg-9Bi合金的抗拉强度分别为220．45MPa、244．14MPa、258．03MPa，屈服强度分别为202．94MPa、225．08MPa、253．53MPa，延伸率分别为6．67％、11％、9．20％。EX-Mg-Bi-Ca合金因动态再结晶，组织由细小的等轴晶组成，晶粒尺寸在15μm以内。在挤压比为17．36条件下获得的EX-Mg-5Bi-1．5Ca、EX-Mg-9Bi-1．5Ca合金的抗拉强度分别为197．80MPa、208．78MPa，屈服强度分别为159．46MPa、182．57MPa，延伸率分别为7．13％、5.27%。RE-2-EX、RE-4-EX合金的平均晶粒尺寸约10μm左右，RE-6-EX合金的平均晶粒尺寸约16μm左右。在RE挤压比为12．76，EX挤压比为17．36条件下获得的RE-2-EX、RE-4-EX、RE-6-EX合金的抗拉强度分别为205．84MPa、219．50MPa、220．25MPa，屈服强度分别为167．64MPa、184．79MPa、185．86MPa，延伸率分别为16．33％、18．67％、10．33％。RE-4-EX合金的综合力学性能最佳。