合金化元素对含LPSO相Mg-Y-Zn合金组织和力学性能影响的研究进展

镁合金具有比强度、比刚度高,铸造性能好等特点,是最轻的金属结构材料之一,具有良好的应用前景。近十年来,长周期堆垛有序(LPSO)结构的镁合金在Mg-Y-Zn三元体系中表现出独特的微观结构和优异的力学性能,受到广泛的关注。Mg-Y-Zn合金中LPSO相的晶体结构以周期性层错为特征,并伴随着Zn和Y原子在特定原子面上的富集。LPSO相由于其尺寸大,可以通过短纤维强化机制来提高合金的强度。研究表明,向含LPSO相的Mg基合金中添加不同合金元素,能够显著改善合金的组织和力学性能。综述了不同合金化元素对含LPSO相Mg-Y-Zn合金组织和性能的影响,进一步梳理该领域研究现状,并指出了未来发展的方向。     

镁合金电磁屏蔽性的研究现状及发展趋势

综述了镁合金电磁屏蔽性能的研究现状。探讨了晶粒尺寸、织构类型以及第二相与镁合金电磁屏蔽性能之间的关系。描述了LPSO相对Mg-Zn-Y-Zr合金电磁屏蔽性能的影响以及稀土元素对LPSO相的改性作用。讨论了LPSO相与基面之间的位向关系对Mg-Zn-Y-Zr合金电磁屏蔽性能的影响。     

热处理对含LPSO结构Mg-Y-Cu-Zr镁合金组织与腐蚀行为的影响

为研究长周期堆垛有序(LPSO)结构对镁合金腐蚀行为的影响,通过重力铸造制备了Mg-6.6Y-2.6Cu-1.2Zr(质量分数%)合金,并分别在420、440和460℃下固溶处理。借助SEM和XRD对合金显微组织和物相进行分析;通过腐蚀浸泡实验研究合金的耐蚀性能。结果表明,铸态Mg-6.6Y-2.6Cu-1.2Zr含有LPSO结构,随着固溶温度的升高,LPSO结构减少,晶粒尺寸增大,当固溶温度为460℃时,LPSO结构消失。不含LPSO结构的Mg-Y-Cu-Zr合金耐蚀性能优于含LPSO结构的该合金,而随着固溶温度的升高,含有LPSO结构的Mg-Y-Cu-Zr合金的耐蚀性能降低。此外,合金表现为严重的局部腐蚀行为。     

长周期堆垛有序结构对镁合金力学性能和耐腐蚀性能的影响EI北大核心CSCD

近年来,研究发现通过适当的合金化和热处理,可在镁合金中引入长周期堆垛有序结构(LPSO),从而显著改善镁合金的加工性能和力学性能,同时,对镁合金耐腐蚀性能的提高也有益处。目前,国内外针对含LPSO相镁合金开展了大量基础研究,特别对LPSO相的结构和形成条件已有较为深入和全面的认识,但针对含LPSO相镁合金的力学性能及耐腐蚀性能的研究则相对较少。在简要总结LPSO相的结构类型与形成机理的基础之上,全面综述含LPSO相镁合金的力学性能和耐腐蚀性能的国内外研究现状,以期为新型含LPSO相镁合金的开发和性能调控提供参考。     

医用镁合金:成分、组织及腐蚀

镁合金具有良好的生物相容性和力学相容性,具有发展成为新一代可降解生物材料的前景。本文总结了医用镁合金合金化的原理与进展,分析了合金元素对镁合金材料学以及生物学性能的影响,重点讨论了医用镁合金显微组织(晶粒尺寸、第二相、长周期堆垛有序相(LPSO)、准晶相)、热处理和表面氧化膜对其降解行为的影响和腐蚀形态、机理方面的重要进展,并指出了医用镁合金的发展方向。     

18R-LPSO相的体积分数对Mg-Zn-Y合金腐蚀行为与机理的影响（英文）

通过实验设计阐明LPSO相对镁合金腐蚀行为的影响。按照形成18R-LPSO相的最小结构单元，即Zn/Y=3/4(摩尔比)，设计4种不同LPSO相体积分数的Mg-Zn-Y合金，对比研究4种合金的显微组织和腐蚀行为。结果表明，合金主要含有α-Mg和18R-LPSO相，18R-LPSO相的体积分数随着Zn和Y含量的增加而增加。4种合金中18R-LPSO相的体积分数依次为16.55%、34.45%、54.24%和70.36%,18R-LPSO相的空间分布也由离散块状变为连续网络状。当LPSO相的体积分数在50%左右时，合金的耐蚀性最好，体积分数大于或小于50%都会导致合金耐蚀性能降低。     

调控LPSO层片相Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的热变形行为及热塑性提升机制

以挤压态Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金为研究对象，通过热处理调控出晶内不含和含层片状LPSO相的两种合金，进行了热压缩试验。结果表明，含层片状LPSO相合金热塑性更好，主要是由于层片状LPSO相的扭折及其诱发的连续动态再结晶能有效提升合金的变形协调能力。随后，对含层片状LPSO相合金的热变形行为进行了深入研究，发现在低应变速率变形时，软化机制主要以不连续动态再结晶为主。在高应变速率变形时，动态回复和不连续动态再结晶共同作用，造成材料软化。结合应变0.8下的热加工图和典型区域微观组织分析，确定最佳成形温度为440～480℃,应变速率为0.001～0.01 s^-1。提出了一种通过调控层片状LPSO相提升稀土镁合金热塑性的方法，为挤压态稀土镁合金的后续变形提供了新思路。     

固溶处理Mg-Gd系铸造镁合金的研究现状及展望

Mg-Gd系铸造镁合金具备轻质、高强、高耐热等特点，在航天领域拥有广阔的应用前景。析出强化是该系列合金的主要强化方式，而固溶处理作为析出强化重要的手段，对强度提升具有积极意义。综述了Mg-Gd系铸造镁合金固溶处理过程中，第二相充分溶解与晶粒长大的协同调控难题以及LPSO相、难溶方块相的组织演变，并展望了未来固溶处理Mg-Gd合金的研究方向，旨在为新型高性能稀土镁合金的开发及热处理工艺优化提供参考。     

热处理对含LPSO相Mg_(97)Gd_2Ni_1合金微观组织及腐蚀性能的影响

通过传统铸造方法制备了含LPSO相的Mg_(97)Gd_2Ni_1合金,并在480、490、500、510和520℃下进行固溶处理,借助扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站及析氢腐蚀法对不同状态镁合金的显微组织及其腐蚀性能进行了研究。结果表明:随着温度的升高,合金中的LPSO相由连续的层片状逐渐转变为不连续的层片状结构。当温度达到510℃时,LPSO相主要以针状结构存在,继续升高温度到520℃,产生"过烧"现象。通过腐蚀性能的测试,固溶温度为510℃时,合金的腐蚀速率最小。     

Mg-6Gd-2Zn-0.4Zr镁合金的组织与摩擦磨损性能

用扫描电镜、硬度计及摩擦磨损试验机研究了不同状态Mg-6Gd-2Zn-0.4Zr(GZ62K)镁合金的显微组织、硬度和摩擦磨损性能。结果表明:铸态镁合金晶界处有白亮色β-(Mg,Zn)_3Gd相,晶界周围有片层状LPSO结构;T4和T6处理后,β相减少,LPSO结构消失;挤压加工后,镁合金晶粒细化,晶粒内部重新形成了LPSO结构。4种状态的镁合金硬度差别不大。不同状态镁合金的磨损机制都有磨粒磨损,铸态和T4态合金中存在粘着磨损;挤压加工后存在氧化磨损,其中挤压态镁合金耐磨性最好。LPSO结构、位错和晶界的相互交割以及β相对晶界的钉扎有利于提高镁合金的耐磨性能。     

触变成形AZ91D镁合金在NaCl水溶液中腐蚀特征

通过SEM观察及采用EPMA测定和失重法，对3．5％NaCl水溶液中金属型铸造和触变成型镁合金AZ91D腐蚀行为及腐蚀后微观组织特征进行分析，表明触变成形镁合金的腐蚀速率小于金属型铸造合金的腐蚀速率，原因是微观组织的差异导致其耐蚀性不同；镁合金腐蚀电偶对是以α相和共晶α相作为阳极，β相作为阴极。阳极是被腐蚀相，腐蚀是分阶段分层次进行的，α相是腐蚀初期的被腐蚀相，共晶α相是后期被腐蚀的主要相，β相和共晶α相的相对位置和结构决定着后期腐蚀速率；触变成型中β相的偏析提高了合金的耐蚀性。     

可溶压裂球和桥塞用GW104+1Zn镁合金挤压组织和性能研究

为了满足石油完井可溶压裂球和桥塞的应用需求,需要开发强度超过500 MPa且可工业规模生产的镁合金棒材。在实验室研发的高强度Mg-10Gd-4Y (GW104)合金基础上,添加质量分数为1.32%的Zn元素,采用可工业规模生产的半连续铸造、热挤压和热处理等常规工艺得到GW104+1Zn合金,并系统地研究了Zn元素和各个工艺参数等对GW104+1Zn合金相组成、微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,Zn的添加使得合金中存在LPSO相,LPSO相可以抑制动态再结晶的发生,而动态再结晶过程则会吞噬这种LPSO相。小挤压比和低温挤压有利于获得由未完全动态再结晶形成的双峰组织,双峰组织不仅可以提高合金的强度,而且使其断裂伸长率也保持在较高水平。挤压温度为400℃,挤压比为4时,挤压态合金具有最佳综合性能,其屈服强度为307 MPa,抗拉强度为386 MPa,断裂伸长率为7.6%;峰值时效后合金屈服强度为400 MPa,抗拉强度为521 MPa,断裂伸长率为2.1%,满足实际应用需求。     

深冷处理时间对AZ31镁合金耐蚀性的影响

在-196℃下,采用不同的深冷时间处理AZ31镁合金,然后在w(NaCl)3.5%腐蚀液中进行全浸腐蚀试验,通过失重法以及微观金相观察等试验来探讨深冷处理时间对镁合金的抗腐蚀能力的影响,试验结果表明,经过6 h深冷处理的AZ31镁合金的抗腐蚀能力是未经深冷处理合金的3倍,其主要原因是深冷处理过程细化了合金晶粒以及使第二相β-Mg17Al12弥散析出。其中,β相对镁合金的耐腐蚀性能起着双重作用,当其含量较少时阻碍镁合金腐蚀,含量较多时则会和α相构成微电偶而加速镁合金腐蚀。因此,合理控制深冷处理时间,可提高镁合金的耐腐蚀性能。     

水下搅拌摩擦加工Mg-Y-Nd合金的生物腐蚀性能北大核心CSCD

为研究细晶镁合金的生物腐蚀性能,本研究采用水下搅拌摩擦加工技术(SFSP)制备了晶粒尺寸约为1.3μm、细小第二相颗粒弥散分布的细晶Mg-Y-Nd合金。通过质量损失测试研究其在模拟体液中的生物腐蚀性能,通过拉伸性能测试研究其腐蚀后的力学性能变化,利用扫描电镜观察其腐蚀后的表面及拉伸断口形貌。结果表明:SFSP技术有助于提高镁合金在模拟体液中的耐腐蚀性能;由于微观组织的细化和均匀化,细晶Mg-Y-Nd合金在模拟体液中呈现的是均匀腐蚀行为,在浸泡12 d后还保持了一定的承载强度。     

Mg-10Gd-1Er-1Zn-0.6Zr合金的双相强化行为（英文）

从长程堆垛有序(LPSO)结构相和β'析出相的尺寸参数和体积分数角度,研究Mg-10Gd-1Er-1Zn-0.6Zr(质量分数,%)合金在不同热处理条件下的组织演变和强化机制。结果表明,经固溶处理后合金中形成两种不同形貌的LPSO相,且LPSO相的形貌及尺寸随固溶条件发生变化,而其体积分数随固溶温度的升高逐渐减小。LPSO相体积分数的减小有利于时效过程中β'析出相的增加。经(500℃,12 h)+(200℃,114 h)处理后,合金的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达352 MPa、271 MPa和3.5%。β'相较LPSO相更利于合金屈服强度的提高,因此,f_(LPSO)/f_(β')值降低,屈服强度提高。     

水下搅拌摩擦加工Mg-Y-Nd合金的生物腐蚀性能

为研究细晶镁合金的生物腐蚀性能,本研究采用水下搅拌摩擦加工技术(SFSP)制备了晶粒尺寸约为1.3μm、细小第二相颗粒弥散分布的细晶Mg-Y-Nd合金。通过质量损失测试研究其在模拟体液中的生物腐蚀性能,通过拉伸性能测试研究其腐蚀后的力学性能变化,利用扫描电镜观察其腐蚀后的表面及拉伸断口形貌。结果表明:SFSP技术有助于提高镁合金在模拟体液中的耐腐蚀性能;由于微观组织的细化和均匀化,细晶Mg-Y-Nd合金在模拟体液中呈现的是均匀腐蚀行为,在浸泡12 d后还保持了一定的承载强度。     

微观组织对AZ系铸造镁合金的腐蚀行为影响研究

耐腐蚀性能的提升有助于轻量化镁合金材料的进一步广泛应用。本文以AZ41和AZ91两种铸造镁合金为研究对象，采用XRD、OM、SEM、EPMA等手段表征分析微观组织，利用EIS测试了两种Mg-Al-Zn合金在0.1 M的Na Cl溶液中的耐蚀性能，结合宏微观腐蚀形貌探讨了微观组织对腐蚀行为的影响机制。研究结果表明，与AZ41合金相比，浸泡初期AZ91合金表面的氧化膜相对完整且化学稳定性更高，在腐蚀初期起到保护作用，AZ91合金浸泡初期的耐蚀性能优于AZ41合金；随浸泡时间延长，AZ41合金中连续网状的过饱和α-Mg+β-Mg₁₇Al₁₂共晶组织阻碍合金的腐蚀扩展；而AZ91合金中不连通的离异共晶β-Mg₁₇Al₁₂相与α-Mg基体耦合，造成明显的局部腐蚀现象。     

铈对AZ91压铸镁合金组织及电偶腐蚀性能的影响

采用微观分析、电偶腐蚀试验、极化曲线分析等方法对AZ91-xCe压铸镁合金(x=0,0.85,1.7%)的微观组织及电偶腐蚀行为进行了研究。结果表明:稀土Ce细化了-αMg、-βMg17Al12相,在合金中形成针状和块状金属间化合物Al11Ce3,通过优化合金微观结构,减少合金腐蚀表面的活性点,生成含有稀土氧化物的腐蚀产物膜,提高了AZ91镁合金的抗电偶腐蚀性能。     

医用可降解镁合金腐蚀疲劳行为研究进展

镁合金由于良好的生物安全性和力学承载性,同时兼具可控的体内外降解速率,被誉为新一代的"革命性医用金属材料"。然而,在湿润气氛条件下镁合金的耐蚀性能较差,尤其是在复杂载荷和腐蚀疲劳作用下(经历动态交变载荷及腐蚀介质协同作用)镁合金的力学固定/支撑功能急剧骤减,导致植入物过早/提前失效。因此,本文从医用镁合金疲劳失效的施加载荷、频率与腐蚀因素的耦合机理出发,针对医用镁合金体内外腐蚀疲劳寿命、断口微区特征和腐蚀速率间定量关系,阐述交变载荷下腐蚀疲劳失效微观机制。同时,深入解析了疲劳微裂纹萌生/扩展机理,全面总结了提升镁合金腐蚀疲劳性能的举措,以及展望了生物医用可降解镁合金的应用前景和发展方向。     

Mg-Zn-Ca三元镁合金生物材料的腐蚀行为

以Zn与Ca为合金组元,采用熔融浇注法制备3种Ca含量分别为1%、2%和3%的Mg-Zn-Ca三元镁合金生物可降解材料,并对3种镁合金在Hank模拟体液中的质量损失腐蚀及电化学腐蚀行为进行研究。对不同腐蚀时间的合金表面形貌以及合金组织和相成分进行分析。结果表明:镁合金的腐蚀是从镁基相的点蚀开始的,含Ca量为1%的镁合金表现出良好的抗腐蚀性能;合金中Mg2Ca相的分布显著影响合金的耐腐蚀性能,合金体中Mg2Ca相的含量随着合金中Ca含量的增加而增加,导致合金的抗腐蚀性能变差。