超声处理制备的生物可降解Zn-1Mg-0.5Ca合金的微观组织与腐蚀行为

锌合金不仅具有良好的生物相容性,而且还有较好的降解行为,成为近些年来国内外研究者关注的热点。但是,不管在力学性能上,还是在腐蚀性能上,铸态锌合金皆不具备人体植入金属材料的条件。所以,为了提升与优化锌合金的力学性能,同时符合植入人体后的腐蚀速率需求,本实验研究了不同超声功率(300 W,600 W,900 W)处理对的Zn-1Mg-0.5Ca合金微观组织及腐蚀性能的影响。研究结果表明：随着超声功率的增加,Zn-1Mg-0.5Ca的初生α-Zn树枝晶,片层的共晶Mg₂Zn₁₁相以及块状的CaZn₁₃相被有效细化,初生α-Zn相由粗大的树枝晶转变为细小的等轴枝晶。粗大的多边形状CaZn₁₃相被细化为细小的粒状,平均尺寸从34μm减小到5μm,片层的共晶Mg₂Zn₁₁相转变成细小的棒状和粒状。电化学测试表明：未经超声处理的Zn-1Mg-0.5Ca合金的腐蚀速率最低,为0.190 mm·a^-1。随着超声功率的增加,合金的腐蚀速率逐渐增加,当超声...     

稀土Y对Mg-6Zn-1Mn合金显微组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等手段,系统研究了不同含量Y(1%~6%(质量分数))对Mg-6Zn-1Mn合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着Y的不断增加,Mg-6Zn-1Mn系铸态合金主要物相演变规律为α-Mg+Mg7Zn3→α-Mg+I→α-Mg+W→α-Mg+X,这主要归因于不同的Zn/Y原子比。研究发现,当Y含量低于2%时,挤压可使晶界和晶粒内部析出细小弥散的第二相,同时提高了合金强度和室温延展性。而随着Y的进一步增加,第二相颗粒变大,且主要存在于晶界,热挤压过程中晶粒不易被挤碎,弱化了析出相与基体的界面能,最终使得挤压态合金综合力学性能降低。     

挤压Mg-4.5Zn-0.75Y合金的热变形行为

为了研究只含准晶相Mg-Zn-Y合金的高温力学性能并获得其较优的加工参数,本文首先制备了含有I-Phase的挤压Mg-4.5Zn-0.75Y(原子数分数/%,下同)合金,并在Gleeble-3500热/力模拟实验机上对其高温变形行为进行了研究,实验温度为300、350、400℃,应变速率为0.01、0.1、1 s~(-1).在此基础上,建立了该合金的流变应力本构方程及DMM加工图,并结合压缩后的显微组织制定较优的加工工艺参数.结果表明:应变速率和加工温度对流变应力有显著的影响;挤压Mg-4.5Zn-0.75Y合金的平均变形激活能和应力指数分别为107.95 kJ/mol和3.996 6;挤压Mg-4.5Zn-0.75Y合金具有较好的热塑性,在实验条件下并没有发生失稳现象,说明准晶相的存在提高了合金的变形能力;压缩后的显微组织显示,当温度为300~350℃、应变速率0.1~1s~(-1)时,合金压缩后为均匀细小的等轴晶;综合Mg-4.5Zn-0.75Y合金的加工图与压缩后的显微组织图,确定了该合金热加工的较优工艺参数为:θ=300~350℃;ε·=0.1~1s~(-1).     

3种镁合金高应变率压缩性能的比较

在应变率102～103s-1范围,研究比较了Mg-0.6Zr、Mg-3Al-6Zn-0.3Mn-2Y、Mg-8Zn-0.6Zr-5Y 3种镁合金的压缩性能及微观组织变化.研究发现,变形抗力、极限强度以及极限强度的应变率敏感性由大到小依次为:Mg-8Zn-0.6Zr-5Y＞Mg-3Al-6Zn-0.3Mn-2Y＞Mg-0.6Zr;塑性大小则与变形抗力大小相反;3种合金的微观组织应变率敏感性与力学性能应变率敏感性并不一致.     

稀土元素Nd对Mg-Zn-Y合金组织结构和力学性能的影响

通过制备Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr-xNd(x=0、1、2、3、4)系列合金,研究了稀土元素Nd对Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr合金组织结构和力学性能的影响。通过金相显微镜、扫描电镜、EDS、XRD等手段,观察和分析了合金的微观形貌和组织结构,测量了合金抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能。结果表明:合金中添加稀土元素Nd后晶粒明显细化,随着Nd元素含量的增加,晶粒细化效果更为明显;通过XRD分析可知,添加Nd元素后,合金中并没有出现新的含Nd的物相;扫描电镜和EDS分析表明,合金中加入的Nd置换了部分Y,形成了Mg3(NdY)2Zn3、Mg3-(NdY)Zn6的相结构,Nd元素对Y的置换主要出现在Mg3(NdY)2Zn3结构中,在Mg3(NdY)Zn6相结构中出现较少;力学性能测试结果表明,随着Nd含量增多,合金晶粒细化,细晶强化作用明显,合金屈服强度逐渐增大,而抗拉强度和伸长率在Nd含量为3%(质量分数)时达到最大,比未添加Nd元素时提高约25%以上。     

Y对Zn-25Al-5Mg-2.5Si合金铸态组织及力学性能的影响

以Zn-25Al-5Mg-2.5Si合金为基体材料,通过常规铸造方法制备了加入不同含量稀土Y的锌铝合金.采用扫描电镜、拉伸试验机、硬度计等分析研究了稀土Y对合金显微组织和力学性能的影响.实验结果表明,添加稀土Y后,在锌铝合金中,其与Al、Zn等元素形成硬度高、热硬性好的复杂成分化合物,分散于晶界和枝晶中,细化了组织,有效地阻碍了高温时基体的变形和晶界移动.随着Y含量的增加,在室温、100℃和180℃时合金的抗拉强度基本呈先升后降的趋势.当Y含量为0.4%(质量分数)时合金的综合性能最好,高温强度和硬度显著提高.180℃时合金的抗拉强度比不加Y时提高了26.4%,硬度提高了47.8%.     

添加稀土元素Nd对Mg-6Zn-3Cu镁合金微观组织和力学性能的影响

通过采用合金制备、组织分析、力学性能测试等手段研究了Nd的加入对Mg-6Zn-3Cu合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,Nd的加入改变了组织和相的分布;随着Nd加入量的增加,合金抗拉强度、屈服强度及延伸率先提高,达到最大值后开始下降.     

块体纳米晶Al-Zn-Mg-Cu合金的微区力学性能和变形机制

研究了块体纳米晶Al-10Zn-2.8Mg-118Cu合金热处理前后的微区力学性能和变形机制,结果表明:块体纳米晶Al-10Zn-2.8Mg-1.8Cu合金经T6处理后杨氏模量没有明显的变化,硬度明显提高;在SPS试样中可观察到明显的室温蠕变和剪切带,随着应变速率的增加,室温蠕变越来越明显,但是剪切带越来越不明显;而在T6态试样中很难观察到室温蠕变和剪切带。T6处理改变了第二相粒子的形貌和分布,是产生这一现象的原因。     

Mg-4Zn-3Y合金高温阻燃特性

为了改善镁合金在熔铸及加工过程中抗氧化燃烧性能,用合金化阻燃方法在Mg-4Zn合金中添加适宜的Y元素制备了阻燃效果优异的Mg-4Zn-3Y合金.采用俄歇电子能谱仪、X射线衍射仪和扫描电镜(SEM+EDS)研究了氧化膜的显微形貌、合金元素分布及其物相组成.结果表明,Mg-4Zn-3Y合金在高温下暴露于大气中时,燃点提高250℃,合金表面生成一层以Y2O3为主的氧化膜,改善镁合金氧化膜的粘附性,提高高温抗氧化和燃烧能力.基于高温氧化热力学分析,建立了Mg-4Zn-3Y合金在高温下的氧化物理模型.Mg-4Zn-3Y合金能在1065K时于大气中保温30min而不燃烧,实现了低Y元素含量镁合金在大气条件下的无保护熔炼.     

铸造镁合金Mg-Zn-Y-Zr-Ca在模拟体液中的腐蚀行为

采用光学显微镜和扫描电子显微镜研究了铸态Mg-3Zn-0.6Y-0.5Zr-0.3Ca(质量分数/%)合金的显微组织,采用失重法测试了合金在模拟体液中浸泡不同时间的生物腐蚀性能,并对合金的腐蚀行为进行分析。结果表明,Mg-3Zn-0.6Y-0.5Zr-0.3Ca合金中沿晶界连续分布的Mg3YZn6相对合金的腐蚀具有作为微阴极加速基体腐蚀或抑制腐蚀扩展的双重作用。Mg-3Zn-0.6Y-0.5Zr-0.3Ca合金的腐蚀过程分为3个阶段:晶界附近溶质原子贫化区形成几微米宽的腐蚀凹槽,在富Zr-贫Zr区形成大量腐蚀斑点,腐蚀凹槽和腐蚀斑点相互扩展破坏基体。     

热挤压Mg-3Sn-1Zn-xCu合金的显微组织与力学性能

研究了添加Cu对热挤压Mg-3Sn-1Zn合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:添加少量Cu能显著细化热挤压Mg-3Sn-1Zn合金晶粒,同时在合金中形成具有高热稳定性的CuMgZn相,提高了合金的室温及高温强度和塑性。当Cu含量为0.5%时,热挤压Mg-3Sn-1Zn-0.5Cu合金的晶粒最细,为2.8 μm;其强度和塑性最高,室温屈服强度为241 MPa,伸长率为20.3%,150 ℃时屈服强度为128 MPa,室温拉伸力学性能优于挤压态AZ31B合金,高温强度优于铸态AE42合金。     

Y对Mg-14Al-5Si合金性能的影响

使用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)、光学显微镜(OM)及X射线衍射仪(XRD)等手段分析了Mg-14Al-5Si合金的组织和成分,用布洛维硬度计和电子万能试验机测试了这种合金的力学性能,研究了在Mg-14Al-5Si合金中添加不同量的Y元素对其组织和力学性能的影响。结果表明：在Mg-14Al-5Si合金中分别添加0.5%、0.8%、1.0%和1.5%(质量分数,下同)的Y元素,使合金中的Mg₂Si相由粗大的树枝状变为多边形和圆形,共晶β-Mg₁₇Al₁₂相由粗大的连续网格状变为细小的网格状和孤岛状。Y的添加量为1.0%时改性效果最佳,Mg₂Si相的平均尺寸由42.21 µm减小到8.15 µm,此时合金的力学性能最佳,硬度为135 HB,抗拉强度为147 MPa,屈服强度为76 MPa,伸长率为5.04％。在Y的添加量为1.5%的合金中发现白色块状的Mg-Si-Y化合物。Y元素能促进Mg₂Si相形核、抑制其各向异性生长,并在β-Mg₁₇Al₁₂相的生长前沿偏析形成过冷结构,抑制其生长。     

微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响

采用铸锭冶金法制备了Al-6.2Zn-2.0Mg-0.25Sc-0.12Zr和Al-6.2Zn-2.0Mg合金,测试不同处理态的拉伸力学性能,利用金相显微镜和透射电子显微镜研究其不同处理态的显微组织。结果表明：添加微量Sc和Zr可明显细化合金的铸态晶粒,并显著提高 Al-Zn-Mg合金的力学性能,其作用机理主要为Al3（Sc,Zr）造成的细晶强化、亚结构强化和弥散强化。     

微量Sc和Zr对Al—Az—Mg合金组织与性能的影响

采用铸锭冶金法制备了Al-6.2Zn-2.0Mg-0.25Zr和Al-6.2Zn-2.0Mg合金,测试不同处理态的拉伸力学性能。利用金相显微镜和透射电子显微镜研究其不同处理态的显微组织,结果表明：添加微量Sc和Zr可明显细化合金的铸态晶粒,并显著提高Al-Zn-Mg合金的力学性能,其作用机理主要为Al3(Sc,Zr)造成的细晶强化,亚结构强化和弥散强化。     

Nd对Mg-6Zn-Mn镁合金显微组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等手段,系统研究了稀土Nd的含量对Mg-6Zn-Mn镁合金的显微结构和力学性能的影响。结果表明,稀土Nd对铸态Mg-6Zn-Mn镁合金具有明显的细化枝晶作用。经过360℃挤压后,合金显微组织发生明显变化。当Nd含量较低时(低于0.4%,质量分数),合金的动态再结晶率较低,合金的室温综合力学性能最好,与初始合金相比,其屈服强度提高了17%,达到250MPa,抗拉强度超过300MPa。然而,随着Nd含量的进一步增加,合金的动态再结晶率升高,发生完全动态再结晶,在其晶界上析出粗大的T相,而导致合金综合力学性能下降。     

Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr(wt.%)合金的显微组织和力学性能

采用光学显微镜(OM)、带能谱分析(EDAX)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等方法对Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr(WGZ115)合金的原始铸态(F态)、固溶处理态(T4态)和峰值时效态(T6态)的组织结构进行了分析。研究表明:F态WGZ115合金主要由基体(-αMg)、晶间共晶相(Mg24(YGdZn)5)和长周期结构相(Mg12Y1Zn1)组成。T4态WGZ115合金主要由基体相(-αMg)、长周期结构相(Mg12Y1Zn1)和少量分布于晶界附近的方块相(Mg-Y-Gd方块相)组成。T6态WGZ115合金的形貌与T4态相似,圆形的富Zr相始终存在于三种状态的合金中。通过不同温度下的拉伸实验发现T4态WGZ115合金的抗拉强度和塑性好于F态合金。而T6态合金的力学性能最好,在200℃时抗拉强度达到最大值341.1MPa。     

Sb变质Mg-10Al合金的组织与力学性能

研究了不同Sb含量的Mg-10Al合金的微观组织及在室温和150℃高温下的力学性能。结果表明,加入适量的Sb,Mg-10Al合金中生成了弥散分布的针状Mg3Sb2相,α-Mg初晶显著细化,抑制了网状共晶组织的形成。当Sb含量为0.5%(质量分数)时,组织细化效果最佳。随着Sb含量的增加,室温及高温下合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率先升高后降低,均在Sb含量为0.5%(质量分数)时获得最佳综合性能。Mg-10Al-0.5Sb合金在150℃的抗拉强度为180MPa、伸长率为19%,比Mg-10Al合金分别提高了30%和90%。此外,在150℃条件下,含Sb合金仍保持了与其在室温下相当的强度,而未添加Sb的Mg-10Al合金的强度则明显下降。     

基于非线性超声空化效应的铝合金热浸镀工艺

在390℃热浸镀锌过程中施加20 kHz的超声波,采用数值分析法求解Keller-Miksis和Mettin方程,描述ZnAl8熔池中0～800 W超声空泡的生长规律和空化效应,研究超声功率对镀层ZnAl8合金组织的影响,以及对1050铝合金表面氧化膜的作用.结果表明:空化效应与超声功率呈现出非线性的变化规律,当超声功率为0～500 W时,空化以稳态效应为主,空化能量不足以消除镀层合金初生相的粗大枝晶组织,也不能消除铝合金氧化膜.当功率为600～800 W时,空化以瞬态崩溃破裂的方式释放能量,其中700～800 W的空化压强和温度效应可以将铝合金表面氧化膜击碎和熔蚀,为镀层中元素扩散提供了铺展润湿和物质传输的通道,镀层ZnAl8合金与1050铝合金基体之间形成了良好的冶金结合,镀层合金呈细小均匀的蔷薇组织.     

等径道角挤压制备高力学性能细晶Mg-6Al合金

为了制备高力学性能细晶Mg-6Al合金坯料,采用金相显微镜、材料拉伸实验机等手段对Mg-6Al合金铸坯进行等径道角挤压实验研究.并利用热处理工艺对挤压后材料进行处理,研究热处理工艺参数对材料力学性能的影响规律.结果表明,Mg-6Al合金的铸坯的抗拉强度为196.4MPa,延伸率为12.6%.经过等径道角挤压的Mg-6Al合金坯料的晶粒被大大细化,其晶粒尺寸由铸坯的140μm左右细化到8μm左右.其力学性能有很大提高,抗拉强度由196.4MPa提高到308.2MPa;延伸率由12.6%提高到30.6%.等径道角挤压工艺是一种非常好的制备高力学性能、细晶Mg-6Al合金的工艺方法.固溶和人工时效热处理工艺对等径道角挤压的Mg-6Al合金坯料的强度有较大影响,对延伸率影响较小.     

Zr58Nb2.76Cu15.46Ni12.74Al10.34Y0.5非晶合金激光焊接接头微观结构及显微硬度表征

目的 探究激光焊接参数对非晶合金焊接接头的组织演变、焊缝成形、晶化程度等的影响规律,以及控制接头晶化的有效途径。方法 采用碟片激光器对Zr58Nb2.76Cu15.46Ni12.74Al10.34Y0.5非晶合金进行激光焊接,对比分析不同激光功率下,焊接速度对接头熔宽和晶化组织形成的影响规律,并对接头各区域微观组织特征及硬度分布进行测试分析。结果 非晶合金激光焊接接头成形良好,焊缝区组织整体为非晶,存在少量纳米晶,热影响区则发生明显晶化现象。当功率为1 200 W时,逐渐提升焊接速度,接头晶化率由28.9%降到13.76%,熔宽由2.04 mm收窄至1.8 mm。当功率为4 500 W时,逐渐提升焊接速度,接头晶化率从9.99%下降为7.47%,焊缝晶化现象消失,熔宽从1.10 mm降到0.98 mm。结论 调节关键焊接参数可实现焊缝区晶化现象的消失,使热影响区晶化程度降低。大激光功率以及高焊接速度更有利于形成熔宽小、晶化程度低的焊接接头。焊缝区硬度与母材基本保持一致,热影响区由于发生晶化,硬度最高。