一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法及其应用，测试方法主要包括如下过程：对电火花线切割后的试样进行打磨、抛光；将抛光后的试样进行清洗、烘干并称量；设置不同应力状态下腐蚀实验的腐蚀参数；对腐蚀一定时间后的试样表面进行清洗除去表面腐蚀产物；称量腐蚀测试后试样的质量；计算测试试样单位面积腐蚀质量损失。本发明专利技术通过在传统浸泡腐蚀实验中引入不同应力状态，获得一种应力场和腐蚀环境相耦合的新型腐蚀实验测试技术，搭建设备成本和操作门槛较低、实验效率较高，所得到的测试数据可信度较高。所得到的测试数据可信度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法及其应用


[0001]本专利技术属于腐蚀检测
，具体涉及一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法及其应用。

技术介绍

[0002]稀土镁合金是一类具有优良性质的金属材料。由于其具有生物相容性和生物可降解性，稀土镁合金可以广泛应用于生物医学材料例如骨内植体、心脏支架等内植体的制备。但其较差的耐蚀性成为实际应用的阻碍，生物内植体材料的服役环境和服役工况给生物可降解稀土镁合金内植体材料带来一系列挑战。因此评价稀土镁合金材料在不同应力状态下的腐蚀速率对于稀土镁合金器件的安全服役具有重要意义。然而，当前研究对于不同应力状态下合金腐蚀速率的变化没有较为清晰的认知。这种模拟实际服役状态下合金腐蚀速率的缺失对于开发及优化新型可降解稀土镁合金生物内植体材料极为不利。
[0003]目前，对于应力场与腐蚀环境共同作用下的镁合金服役失效行为的研究，主要聚焦于应力腐蚀和应力腐蚀开裂等问题，然而对应力场加速腐蚀速率的研究没有系统的评价。众多体外环境腐蚀测试方法无法体现实际服役环境下的腐蚀行为，若体内服役环境下腐蚀速率更快，则稀土系镁合金生物内植体材料在骨愈合前提前失效，发生不可控的降解行为。因此，评价稀土系镁合金在模拟服役应力环境下的腐蚀速率，对于理解稀土系镁合金的腐蚀机理、优化耐蚀性、同时优化加工工艺和应用场景，具有重要的工程意义。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法及其应用。本专利技术通过在传统浸泡腐蚀实验中引入不同应力状态，获得一种应力场和腐蚀环境相耦合的新型腐蚀实验测试技术。
[0005]本专利技术采用的测试技术方案如下：
[0006]一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法，包括如下步骤：
[0007]S1，将多个相同材质及尺寸的稀土镁合金测试试样分别进行不同应力状态下、不同时间的腐蚀实验；
[0008]S2，待S1中每个稀土镁合金测试试样各自的腐蚀试验达到预设时间后，对稀土镁合金测试试样进行清洗，除去表面腐蚀产物；
[0009]S3，对除去表面腐蚀产物的稀土镁合金测试试样进行清洗、干燥、称重；
[0010]S4，计算单位面积稀土镁合金测试试样在不同应力状态下的腐蚀质量损失，得到稀土镁合金测试试样的腐蚀速率信息。
[0011]优选的，在进行S1之前，还包括对稀土镁合金测试试样的预处理：
[0012]对稀土镁合金进行电火花线切割，得到尺寸统一的稀土镁合金测试试样；将稀土镁合金测试试样表面打磨光滑，去除稀土镁合金测试试样表面的氧化皮，得到表面为镜面
无划痕的稀土镁合金测试试样；之后将稀土镁合金测试试样进行抛光，去除稀土镁合金测试试样表面划痕，然后将稀土镁合金测试试样清洗、烘干；预处理完成；
[0013]预处理后的稀土镁合金测试试样用于进行S1。
[0014]优选的，预处理过程、S2以及S3中，对稀土镁合金测试试样先后用去离子水和无水乙醇冲洗并烘干得到干燥的稀土镁合金测试试样。
[0015]优选的，进行腐蚀实验时，应力状态包括应力为零的状态、恒定应力状态和交变应力状态，每个稀土镁合金测试试样施加其中一种应力状态；
[0016]在进行恒定应力状态和交变应力状态时，均为稀土镁合金测试试样施加三点弯曲测试，其中，施加交变应力状态时，对稀土镁合金测试试样在中点处施加预设频率的振动。
[0017]优选的，在进行恒定应力状态和交变应力状态时，施加的压力为1
‑
20N；
[0018]施加交变应力状态时，对稀土镁合金测试试样在中点处施加预设频率为0.1
‑
5Hz的振动。
[0019]优选的，S1中，进行腐蚀实验时，腐蚀溶液为质量分数为0.9％的NaCl溶液，温度为36.5
‑
37.5℃；
[0020]S2中，除去表面腐蚀产物时，将清洗后的稀土镁合金测试试样浸泡于铬酸溶液中除去表面腐蚀产物。
[0021]优选的，所述铬酸溶液中溶质的浓度为200g/L。
[0022]优选的，单位面积稀土镁合金测试试样在不同应力状态下的腐蚀质量损失的计算公式如下：
[0023][0024]其中，S为稀土镁合金测试试样腐蚀前的表面积；W
Loss
为稀土镁合金测试试样单位面积质量损失，单位为mg
·
cm
‑2；m1
‑
m2为稀土镁合金测试试样进行腐蚀实验前后的质量差。
[0025]优选的，S4中，根据单位面积稀土镁合金测试试样在不同应力状态下的腐蚀质量损失，绘制不同应力状态下腐蚀单位面积随腐蚀时间的变化曲线，得到稀土镁合金测试试样的腐蚀速率信息。
[0026]本专利技术如上所述的稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法的应用，该测试方法用于：
[0027]稀土系镁合金耐蚀性能优化；
[0028]模拟稀土系镁合金实际服役过程中的复杂应力环境下的腐蚀行为以及对该稀土系镁合金在不同应力状态下的抗腐蚀性能评价。
[0029]本专利技术具有如下有益效果：
[0030]本专利技术中，将多个相同材质及尺寸的稀土镁合金测试试样分别进行不同应力状态下、不同时间的腐蚀实验，本专利技术首次通过在传统浸泡腐蚀实验中引入不同应力状态，使得该实验较为接近稀土系镁合金的实际服役环境，能够评价稀土系镁合金在模拟服役应力环境下的腐蚀速率，对于理解稀土系镁合金的腐蚀机理、优化耐蚀性、同时优化加工工艺和应用场景，具有重要的工程意义。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例中稀土镁合金测试试样的结构示意图及尺寸；
[0032]图2(a)为本专利技术实施例中采用的动态热机械分析仪环境夹具示意图，图2(b)为本专利技术实施例中采用的动态热机械分析仪的整体结构示意图；
[0033]图3(a)为本专利技术实施例1中无应力状态下单位面积质量损失随腐蚀时间的变化曲线。
[0034]图3(b)为本专利技术实施例1中无应力状态下腐蚀速率随腐蚀时间的变化曲线。
[0035]图3(c)为本专利技术实施例1中无应力状态下腐蚀240分钟后表面腐蚀形貌。
[0036]图3(d)为本专利技术实施例1中无应力状态下腐蚀240分钟后截面腐蚀形貌。
[0037]图3(e)为本专利技术实施例1中原始合金与固溶6小时合金析氢腐蚀实验结果。
[0038]图3(f)为本专利技术实施例1中原始合金腐蚀后的表面形貌。
[0039]图3(g)为本专利技术实施例1中固溶6小时合金腐蚀后的表面形貌。
[0040]图4(a)为本专利技术实施例2中恒定应力状态下单位面积质量损失随腐蚀时间的变化曲线。
[0041]图4(b)为本专利技术实施例2中恒定应力状态下腐蚀速率随腐蚀时间的变化曲线。
[0042]图4(c)为本专利技术实施例2中恒定应力状态下腐蚀240分钟后表面腐蚀形貌。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将多个相同材质及尺寸的稀土镁合金测试试样分别进行不同应力状态下、不同时间的腐蚀实验；S2，待S1中每个稀土镁合金测试试样各自的腐蚀试验达到预设时间后，对稀土镁合金测试试样进行清洗，除去表面腐蚀产物；S3，对除去表面腐蚀产物的稀土镁合金测试试样进行清洗、干燥、称重；S4，计算单位面积稀土镁合金测试试样在不同应力状态下的腐蚀质量损失，得到稀土镁合金测试试样的腐蚀速率信息。2.根据权利要求1所述的一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法，其特征在于，在进行S1之前，还包括对稀土镁合金测试试样的预处理：对稀土镁合金进行电火花线切割，得到尺寸统一的稀土镁合金测试试样；将稀土镁合金测试试样表面打磨光滑，去除稀土镁合金测试试样表面的氧化皮，得到表面为镜面无划痕的稀土镁合金测试试样；之后将稀土镁合金测试试样进行抛光，去除稀土镁合金测试试样表面划痕，然后将稀土镁合金测试试样清洗、烘干；预处理完成；预处理后的稀土镁合金测试试样用于进行S1。3.根据权利要求2所述的一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法，其特征在于，预处理过程、S2以及S3中，对稀土镁合金测试试样先后用去离子水和无水乙醇冲洗并烘干得到干燥的稀土镁合金测试试样。4.根据权利要求1所述的一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法，其特征在于，进行腐蚀实验时，应力状态包括应力为零的状态、恒定应力状态和交变应力状态，每个稀土镁合金测试试样施加其中一种应力状态；在进行恒定应力状态和交变应力状态时，均为稀土镁合金测试试样施加三点弯曲测试，其中，施加交变应力状态时，对稀土镁合金测试试样在中点处施加预设频率的振动。5.根据权利要求4所述的一种稀土系镁合金在不同应力状态下腐蚀速率的测试方法，其特征在于，在进行恒定应力状态和...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉美，刘宁，薛德祯，房大庆，丁向东，孙军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：