丰台挤压镁合金加工镁挤压坯料

镁合金因其的性能被广泛应用在航天､通信等领域中｡近年来,由于镁合金具有的生物安全性､可降解性以及生物力学相容性等特点,在生物医用合金应用上被广泛地关注与研究｡但由于镁合金为密排六方结构导致其在室温下的塑性较差,限制了生物医用镁合金的加工成形与应用｡

Mg-4Zn-0.3Zr合金锭由高纯Mg(99.95%,质量分数,下同)､高纯Zn(99.90%)和Mg-30Zr中间合金制备｡合金熔炼在全程通有N2(98%,体积分数)和SF6(2%,体积分数)保护气体的电阻炉中进行｡在720 ℃下熔化高纯Mg 后,升温至780 ℃ 加入Mg-30Zr中间合金,待中间合金熔化后降温至720 ℃加入高纯Zn,保温30 min后捞渣,准备浇注｡将金属液倒入放在电磁搅拌器中圆柱形陶瓷模具中,在磁力搅拌器的作用下完全凝固,电磁搅拌的电流和频率分别为150A 和6 Hz｡

而在这几十年的变迁中，镁合金一般会被用于新能源四轮车的外壳或底盘。它的优势在于比铝合金更轻，能够保持高抗拉强度和阻尼能力，延伸率和冲击抗力则明显好于压铸铝合金，具有优良的力学性能。同时它的流线造型堪比碳纤维，可以做出如跑车级的外观设计，但价格却远远低于碳纤维等流行的轻质材料。

挤压态Mg-2Nd合金表现出高达30% 的拉伸延伸率与缓慢均匀的降解速率，但是材料的断裂强度只有193 MPa，比较高的塑性变形性能使Mg-2Nd合金在心血管支架、食道粘膜支架等方面具有良好的应用前景。Mg-Nd变形镁合金普遍表现出较高的塑性，这是因为Nd固溶于镁合金中，可以大幅降低镁合金的晶间层错能，使非基面滑移变得容易起来。

Zn元素是人体中的微量元素之一，在人体生长发育、生殖遗传、、内分泌等重要生理过程中起着极其重要的作用。同时，它还是镁合金中常用的合金元素之一，具有显著的固溶强化效果，并且还可以提高镁合金的腐蚀电位， 提高其耐蚀性。为此本文中通过在Mg-Nd合金中添加适量Zn元素来弥补Mg-Nd合金强度较低的不足，期望新的MgNd-Zn合金在保持良好的塑性变形能力的同时，还具备较高的强度，满足镁合金用于制作缝合线、吻合钉等植入物产品的性能要求。本文研究了Zn含量变化对铸态及挤压态Mg-2Nd-x Zn(x=0.2， 1.0， 2.0)合金和Mg-0.5Nd-x Zn(x=2.0， 4.0，6.0)合金的微观结构、力学性能以及腐蚀性能的影响。

为了使镁合金棒材的挤压可以顺利进行，挤压前对铸锭进行了均匀化退火处理。棒材的挤压在3MN立式挤压机上进行。选取的挤压参数为 :铸锭预热温度为653 K，预热时间为1h，挤压温度为663K，入口处挤压速度为20mm/s， 挤压比为64:1。在挤压凹模和挤压套筒内部均匀涂上油剂石墨来减小坯料与模具之间的摩擦，起到润滑作用，从而利于合金的挤压变形，改善挤压棒材的表面质量。
镁合金的实际化学成分通过电感耦合等离子体分析仪 (ICP-AES，Optima7300DV， Perkin Elmer，USA) 来测定， 每种成分的合金分别取屑50 g用于ICP成分分析。采用OLYMPUS-GX71金相显微镜来观察铸态及变形态合金的显微组织，在莱卡型显微镜下进行金相组织观测，选择合适的参数拍照。对于每种合金，选取6张具有代表性的金相照片进行晶粒尺寸及第二相含量的测定。根据ASTM E112-G6标准， 采用直线 截取法进 行晶粒尺 寸大小的测定。本文采用附带铜Kα 射线源的X射线衍射仪(XRD，D/max 2500 Diffractometer) 测定分析 镁合金中 的相组成。

采用HITACHIS-3400N型扫描电 子显微镜观察合金的微观组织特征与断口形貌，并用能谱仪(EDS)确定相的原子组成。从镁合金挤压棒材上取样，通过机加工制备M10标准拉伸试样从。拉伸试样平行段长度30mm，直径5mm。棒材的室温拉伸试验在Zwick Z050拉伸机上进行，拉伸速率1.0mm/min， 每组至少采用5个平行试样。电化学测试试验样品采用线切割方法制备，样品尺寸为 Φ10×8mm，用Si C砂纸打磨， 除去样品表面油污和缺陷。利用打孔机在样品背面中心钻一个直径1.5mm，深4~5mm的圆孔，在圆孔中插入铜导线，再用环氧树脂封装，环氧固化后用砂纸水磨待测试样品表面至2000# 后，使用硅胶涂抹样品与环氧接触的边沿。