[论文解读] Influence of Heat Treatment on the Corrosion Behavior of Purified Magnesium and AZ31 Alloy

Sohrab Khalifeh, Thomas D. Burleigh|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2017

Magnesium Alloys: Properties and Applications参考文献 10被引用 4

一句话总结

本研究探讨了在37°C的模拟体液中，热处理如何提高高纯度镁（HP-Mg）和AZ31合金的耐腐蚀性。通过优化温度和时间，热处理使HP-Mg的耐腐蚀性提高2倍，AZ31的耐腐蚀性提高10倍，该结果通过氢气析出、失重、动电位极化（PDP）和电化学阻抗谱（EIS）测量得到证实。

ABSTRACT

Magnesium and its alloys are ideal for biodegradable implants due to their biocompatibility and their low-stress shielding. However, they can corrode too rapidly in the biological environment. The objective of this research was to develop heat treatments to slow the corrosion of high purified magnesium and AZ31 alloy in simulated body fluid at 37°C. Heat treatments were performed at different temperatures and times. Hydrogen evolution, weight loss, PDP, and EIS methods were used to measure the corrosion rates. Results show that heat treating can increase the corrosion resistance of HP-Mg by 2x and AZ31 by 10x.

研究动机与目标

• 为解决镁及其合金在生理环境中腐蚀速率过快的问题，该问题限制了其在可降解植入物中的应用。
• 研究热处理是否可降低高纯度镁（HP-Mg）和AZ31合金的腐蚀速率。
• 确定可最大化耐腐蚀性的最佳热处理参数（温度和时间）。
• 通过多种电化学和重力测量技术，在37°C的模拟体液中评估热处理的有效性。

提出的方法

• 对高纯度镁（HP-Mg）和AZ31合金在不同温度和持续时间下进行热处理。
• 通过测量氢气析出来量化腐蚀速率，以评估腐蚀过程中的氢气释放量。
• 在一段时间内进行失重测量，以确定由腐蚀引起的质量损失。
• 采用动电位极化（PDP）测量腐蚀电流密度和电化学动力学。
• 采用电化学阻抗谱（EIS）分析电荷转移电阻和界面特性。
• 所有测试均在37°C的模拟体液（SBF）中进行，以模拟生理条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 热处理如何影响高纯度镁在模拟体液中的腐蚀速率？
• RQ2 在生理环境中，热处理能在多大程度上降低AZ31合金的腐蚀速率？
• RQ3 在HP-Mg和AZ31中，能最大化耐腐蚀性的最佳热处理参数（温度和时间）是什么？
• RQ4 氢气析出、失重、PDP和EIS在评估热处理后镁和AZ31的腐蚀行为方面有何关联？

主要发现

• 与未经处理的样品相比，热处理使高纯度镁（HP-Mg）的耐腐蚀性提高了2倍。
• 对于AZ31合金，热处理使耐腐蚀性提高了10倍，显著降低了腐蚀速率。
• 氢气析出测量结果证实，热处理后氢气产量显著减少，表明腐蚀活性降低。
• 失重数据表明，热处理后HP-Mg和AZ31的质量损失均表现出一致且可测量的减少。
• PDP结果表明，热处理样品的腐蚀电流密度更低，证实了电化学腐蚀速率的降低。
• EIS分析显示，热处理样品的电荷转移电阻增加，表明形成了更具保护性的表面层。