純化鎂合金

    雜質(zhì)元素在鎂合金中一般以陰極相與鎂合金構(gòu)成電偶， 極大地促進(jìn)了鎂合金的腐蝕， 其中以鐵、 鎳、銅和鈷的危害性最大。提高鎂合金純度的方法主要包括： 改進(jìn)冶煉工藝、 選擇高純度的原料、 凈化（ 去除雜質(zhì)和合金） 鎂合金熔體。李華倫等系統(tǒng)分析了雜質(zhì)對(duì)鎂及鎂合金性能的影響， 指出過濾精煉具有較好提純效果， 這種方法既可以去除鎂及鎂合金液中的非金屬雜質(zhì)， 也可以凈化金屬雜質(zhì)， 是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)。

    高家成等對(duì)純鎂、 鎂鋅鋯、 鎂鋅鋯釔 （Ｍｇ－5.6Ｚｎ － 0.55Ｚｒ － 0.9Ｙ ） 合金材料放入仿生溶液中浸泡10ｄ后的腐蝕行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明， 純鎂的質(zhì)量損失是０.９％ ， 耐蝕性最好； 鎂鋅釔鋯的耐蝕性較好， 質(zhì)量損失為1.７％ ； 鎂鋅鋯質(zhì)量損失更多， 為３.１％ 。合金中的雜質(zhì)元素越少， 耐蝕性越好。任伊賓等研究了純度為９９.９％和９９.５％的兩種商業(yè)純鎂的腐蝕行為， 研究表明高純鎂的耐蝕性明顯高于低純鎂的。

    Ｃａｏ等用純度高達(dá)９９.９８％的原鎂制備了高純鎂鋁、 鎂鈣、 鎂鋅等合金， 但是金屬中有些雜質(zhì)去除困難， 隨著純度的升高， 雜質(zhì)去除更困難。在實(shí)際生產(chǎn)中， 由于提純成本較高， 通過純化鎂合金來提高耐蝕性的應(yīng)用較少。

    合金化處理

    在鎂中添加合金元素可以提高鎂的耐蝕性， 但向生物醫(yī)用鎂合金中添加的元素必須具有良好的生物相容性。鋁能夠提高鎂合金的耐蝕性， 少量鋁的加入能夠提高鎂合金的綜合性能， 但鋁元素也會(huì)損害人體的神經(jīng)元和成骨細(xì)胞； 重稀土元素容易在腦中 富 集， 過 量 的 Ｙ ^３＋會(huì) 影 響 小 鼠 的 基 因 表達(dá)。因此， 生物醫(yī)用鎂合金的選取， 必須考慮合金對(duì)人體安全性， 使用無毒或低毒的合金。由于鈣，鋅和錳元素是必要的人體代謝元素， 可以提高鎂合金的耐蝕性， 而且具有良好的生物相容性， 是鎂合金的首選要素。

    鈣能使多孔疏松鎂的氧化膜變得致密， 提高鎂合金的耐蝕性。賈冬梅等研究了 Ｍ ｇ－ １Ｚｎ － ｘＣａ （ ｘ ＝０.２５ ， ０.５ ， １） 合金在模擬體液（ Ｈ ａｎｋ'ｓ模擬體液） 中的腐蝕行為。結(jié)果表明， 隨著鈣含量的增加， 鎂合金的腐蝕加劇。

    Ｍｇ－ １Ｚｎ － １Ｃａ合金表面會(huì)在腐蝕初期出現(xiàn)小面積的腐坑蝕， 后期由于腐蝕速率加快， 腐坑蝕的面積逐漸增大， 并且腐蝕也會(huì)由外到內(nèi)不斷加深， 同時(shí)腐蝕產(chǎn)物也會(huì)在表層堆積并脫落。因而，Ｍｇ－ １Ｚｎ － ０.２５Ｃａ合金的耐蝕性最好， 少量的鈣能提高鎂合金的耐蝕性。

    鋅能降低鎂合金的局部腐蝕， 從而降低鎂合金的腐蝕速率。耿麗彥等采用熔融澆注法制備了鋅含量分別為４％ （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 下同） ， ６％和８％的Ｍｇ－ Ｚｎ － Ｃａ鎂合金， 研究了鋅含量對(duì) Ｍｇ － Ｚｎ － Ｃａ鎂合金腐蝕性能的影響。結(jié)果表明， 這三種鎂合金的腐蝕速率變化是相似的。初期腐蝕速率急劇增大， 后期有起伏， 但整體呈降低趨勢(shì)， 其中４％Ｚｎ鎂合金的腐蝕速率最低。這是因?yàn)椋矗?Ｚｎ和６％ Ｚｎ的鎂合金中存在 ＭｇＺｎ相， 而８％ Ｚｎ的鎂合金中除了Ｍｇ Ｚｎ相外， 還存在大量的 Ｍｇ Ｚｎ ２ 相， 第二相化合物越多， 越容易與鎂合金基體形成腐蝕微電池， 各相的晶界處就越容易發(fā)生腐蝕。因此，８％Ｚ ｎ鎂合金的腐蝕較４％Ｚ ｎ 、 ６％Ｚ ｎ鎂合金的嚴(yán)重。

    錳能大大抑制雜質(zhì)元素的不良影響， 從而提高鎂合金的耐蝕性。周世杰等研究了Ｍｇ－Ｚｎ 和Ｍｇ－ Ｚｎ － Ｍｎ合金的腐蝕行為，Ｍｇ－ Ｚｎ － Ｍｎ合金中鋅元素和錳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別２％ ， ０.２％ 。 Ｍｇ － Ｚｎ －Ｍｎ 合金的析氫腐蝕速率最低， 其表面發(fā)生均勻腐蝕， 且合金組織均勻， 耐蝕性較 Ｍｇ － Ｚｎ合金的有所提高。

    稀土元素可以進(jìn)入鎂合金表面使其更加穩(wěn)定，從而提高鎂合金的耐蝕性。余琨等對(duì) Ｍｇ－ ６％Ｚｎ合金和Ｍｇ－ ６％Ｚｎ － ２％Ｙ 合金在人體模擬體液中的腐蝕行為進(jìn)行了研究， 可以看出 Ｍｇ － ６％Ｚｎ 和 Ｍｇ ６％Ｚｎ － ２％Ｙ 兩種合金的耐蝕性明顯強(qiáng)于純鎂的。

    稀土元素釔可以在鎂合金熔煉過程中與熔體中的雜質(zhì)及氧化夾雜反應(yīng)， 從而有效凈化熔體， 改善合金的耐蝕性。

    熱處理

    熱處理對(duì)鎂合金的腐蝕影響很大， 常用的熱處理方法是均勻固溶熱處理、 固溶時(shí)效熱處理和時(shí)效熱處理。

    Ｃhａｎｇ 等研究了鑄態(tài)、 固溶態(tài)和時(shí)效態(tài) Ｍｇ－３Ｎｄ － ０.２ Ｚｎ － ０.４Ｚｒ合金的腐蝕行為。結(jié)果表明， 固溶處理極大地提高了鎂合金的耐蝕性。 Ｚｈａｏ等對(duì)410℃固溶處理的 ＡＺ９１鎂合金采用兩步冷卻，即先隨爐冷卻到213℃ ， 然后再取出水冷。結(jié)果原先粗大的顆粒狀 β 相消失， 出現(xiàn)大面積連續(xù)分布的細(xì)小層片狀（α＋ β ） 析出相， 從而提高了合金的耐蝕性。

    方元等研究了 Ｍｇ－ Ｙ － Ｎｄ － （ Ｌａ ＋Ｃｅ ） － Ｚｒ鎂合金在人體模擬溶液中的耐蝕性。結(jié)果表明， 鑄態(tài)鎂合金和熱處理后的鎂合金均存在局部腐蝕， 但熱處理后的鎂合金腐蝕程度相對(duì)較輕， 隨著浸泡時(shí)間的延長， 鑄態(tài)鎂合金點(diǎn)蝕區(qū)域的氫氧化鎂逐漸增多并局部富集， 熱處理后鎂合金點(diǎn)蝕產(chǎn)物也增加， 但局部富集不明顯， 與鑄態(tài)鎂合金相比熱處理后鎂合金的耐蝕性顯著提高。 Ｗａｌｔｅｒ等也發(fā)現(xiàn)熱處理可以提高 ＷＥ５４鎂合金耐蝕性。

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