Mg–TiO?复合材料的应力腐蚀开裂行为及生物腐蚀特性

《Materials Today Communications》：Stress corrosion cracking and bio-corrosion behavior of Mg–TiO 2 composites

钛氧化物陶瓷颗粒对纯镁复合材料腐蚀行为与力学性能的影响研究。通过粉末冶金和350℃挤压制备含0.3-1μm TiO?颗粒的纯镁基体，分析显示5% TiO?复合材料的抗剪切强度达105MPa，但孔隙率增至6.85%，加速局部腐蚀。慢应变率剪切测试表明，腐蚀环境使材料强度下降，5% TiO?复合材料仍保持最高强度表现。

　　

M. Sabbaghian | Sh. Arbabi | R. Mahmudi

德黑兰大学工程学院冶金与材料工程学院，伊朗德黑兰

摘要

尽管镁是制造可生物降解植入物的理想材料，但它存在强度低和腐蚀速率高的问题。为了解决这些问题，最近人们考虑了晶粒细化、合金化和复合强化等方法。在使用这些植入物之前，分析其在腐蚀介质中的力学性能至关重要。在本研究中，探讨了添加2%和5%亚微米（0.3–1 μm）TiO₂陶瓷颗粒对纯镁的微观结构、生物腐蚀行为和机械完整性的影响，实验在空气和模拟体液环境中进行。复合材料通过粉末冶金制备后，经过350°C下的挤压加工而成。微观结构分析显示，复合材料的晶粒尺寸没有显著变化，仍为20 ± 3 μm。这可能是由于亚微米颗粒对晶粒成核的影响有限、挤压过程中再结晶所需的温度和应变不足，以及颗粒在基体中的聚集所致。随着TiO₂含量的增加，颗粒聚集现象更加明显，纯镁、Mg–2% TiO₂和Mg–5% TiO₂复合材料的孔隙率分别达到了1.0%、1.15%和6.85%。由于颗粒聚集和孔隙的存在，复合材料的耐腐蚀性降低，这两者都会加速局部腐蚀。剪切冲孔试验（SPT）的结果表明，TiO₂颗粒提高了复合材料的强度，这主要是由于基体与颗粒之间的热膨胀系数不同；其中Mg–5% TiO₂复合材料的剪切强度最高，达到105 MPa。SPT结果显示，在7.1 × 10^–3 s^–1的高应变率下，空气和腐蚀溶液中的强度差异可以忽略不计；而在7.1 × 10^–5 s^–1的低应变率下，这种差异变得显著，因为在持续约10小时的低应变率剪切（SSRS）测试过程中，腐蚀破坏了材料的微观结构完整性。尽管5% TiO₂复合材料的耐腐蚀性最低，但在SSRS测试中，它在空气（85 MPa）和腐蚀溶液（77 MPa）中的强度最高，表明其具有作为高承载能力应用材料的潜力。

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