应变路径变化对AZ31镁合金力学行为的影响

以挤压态AZ31镁合金棒材为原材料,在室温下沿着∥ED和⊥ED的方向进行预变形实验,模拟二辊皮尔格冷轧过程中减壁段横截面瞬时变形应力状态,接着对预变形试样取样进行二次压缩,利用电子背散射衍射（EBSD）对2次变形之后的微观结构进行表征。研究了应变路径变化情况下组织和织构对力学行为的影响。结果表明,预变形使AZ31镁合金的屈服强度提高,其主要原因是预变形产生的拉伸孪晶导致晶粒细化和位错密度增加。并且孪晶的出现会改变晶粒的取向,基面织构弱化（或孪生织构增强）在改善AZ31镁合金力学性能方面可能起到更重要的作用。∥ED-3%和⊥ED-3%试样的屈服强度分别提高了66.7%和6.6%。     

挤压态AZ31镁合金的拉压不对称性及微观组织

在考虑滑移和孪生两大塑性变形机制的基础上,通过修正的粘塑性自洽（VPSC）模型,模拟挤压态AZ31镁合金轴向拉-压过程中的力学行为及微观组织。结合EBSD实验与模拟,分析了不同变形机制对初始挤压态丝织构镁合金产生拉压不对称的机理以及塑性变形过程中的微观组织。结果表明,轴向拉伸变形初期以基面滑移系为主,由于基面滑移的施密特因子较低,导致屈服应力较高;随着应变的增加,棱柱面滑移成为主导变形机制,应变硬化率降低,应力-应变曲线较平稳;轴向压缩变形初期,临界剪切应力较低的拉伸孪晶大量开启导致屈服应力较低;随着拉伸孪晶相对活性的快速降低,应变硬化率迅速提高;轴向压缩后期,随着应力的持续升高,压缩孪晶开始启动,塑性变形积累的应力得到释放,导致应变硬化率降低。另外,从典型晶粒的颜色和孪晶迹线方面解释了沿ED方向压缩时孪晶体积分数较小的原因。     

初始织构对AZ31镁合金孪生和织构演化的影响

为研究AZ31镁合金变形孪晶和塑性各向异性,基于率相关晶体塑性本构理论,采用有限元方法建立了具有不同初始织构的镁合金模型（包含滑移和孪生变形机制）,并引入孪晶体积分数,研究其压缩过程中织构演变、孪生和力学性能之间的关系。结果表明：晶体的塑性行为在很大程度上取决于初始织构,初始织构的差异导致了压缩行为的明显各向异性,轴向屈服强度和抗拉伸强度高,径向屈服强度和抗拉伸强度低。压缩塑性变形过程中随着变形量的增加,激活孪晶体积分数增高,且径向压缩激活孪晶体积分数越高,轴向压缩激活孪晶体积分数越低。模拟中出现明显孪晶的点与应力突变的点相吻合,当孪晶体积分数达到一定值时,应力发生突变,此时晶体取向发生显著变化,新的滑移系启动,反映了滑移和孪晶机制耦合对AZ31镁合金力学性能的影响。     

差速循环扩挤制备的AZ31镁合金的组织和力学性能

对AZ31镁合金进行了差速循环扩挤（CEE-AEC）,研究了变形道次对晶粒细化、织构演变和力学性能的影响。结果表明,在差速循环扩挤过程中,发生了连续动态再结晶（CDRX）和非连续动态再结晶（DDRX）,平均晶粒尺寸从344 μm减小到11.7 μm。随着加工道次的增加,（0001）基面织构强度逐渐增加。差速循环扩挤模具中不对称型腔的存在极大地引起了基面织构的偏转。此外,合金的机械性能得到改善,并且屈服强度（TYS）、抗拉强度（UTS）和断裂伸长率（EL）分别为109 MPa,211 MPa和30.8%。     

拉伸取向控制对AZ31镁合金孪生和织构演化的影响

以室温单轴拉伸实验与晶体塑性有限元相结合的方法,通过拉伸取向控制,研究了AZ31镁合金拉伸变形过程中孪生行为、织构演化规律、塑性各向异性之间的关系。基于率相关晶体塑性本构理论,建立了滑移和孪生机制耦合的具有不同取向的晶体塑性本构模型,引入孪晶体积分数研究孪生对AZ31镁合金塑性变形过程中织构演变和力学性能的影响。结果表明,2种不同取向的样品在塑性变形过程中呈现出明显不同的织构演变规律,表现出明显的各向异性。轴向拉伸时孪生被抑制,孪晶激活体积分数低,径向拉伸时孪晶极易产生,孪晶激活体积分数高。轴向试样在整个塑性变形过程中{0001}极图偏移较小,径向试样因大量拉伸孪晶的开启,使得{0001}棱柱面织构的极密度逐渐向RD的正反方向发生明显偏移。     

生物医用AZ31B镁合金表面稀土转化膜的制备及其性能研究

采用正交实验研究了以CeCl3为主盐的镁合金稀土转化膜处理工艺,在AZ31B镁合金表面制备出较为致密的稀土转化膜.结果表明,该工艺处理后的AZ31B镁合金在生理盐水及Hank's溶液中,均具有良好的耐蚀性能;表面稀土转化膜具有良好的抗凝血性能.还讨论了转化膜的成膜机理.     

金属粉末注射成型制备血管支架的实验动物生物相容性

通过临床动物实验评价金属注射成型(MIM)制备的新型血管支架的可行性与安全性.采用粉末注射成型技术制备血管支架,大幅提高材料利用率;研究MIM过程中碳杂质含量变化对316L不锈钢力学性能与耐腐蚀性能的影响;同时开展MIM血管支架的体外毒性测试与动物实验以评价支架的安全性.结果表明,316L不锈钢的性能对碳含量变化极为敏...     

骨植入用铸态Mg-Ga合金的力学性能、生物降解行为及细胞相容性

研究了铸态Mg-2Ga和Mg-5Ga合金的力学性能、生物腐蚀行为、细胞相容性与其微观组织结构的变化关系。采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料的微观组织结构进行了分析。结果表明：添加Ga元素后,在镁基体的晶界上形成了球状和带状的Mg₅Ga₂析出相,Ga元素显著细化了镁基体的晶粒尺寸。力学拉伸试验结果表明,Ga元素可通过固溶强化、晶界强化、析出强化等作用提高Mg-Ga合金的力学性能。在37 ℃模拟体液中的电化学腐蚀和浸泡腐蚀试验结果表明,低Ga含量能够提高Mg-Ga合金的表面稳定性,从而改善其腐蚀行为。此外,间接接触细胞培养试验结果表明,Mg-2Ga与Mg-5Ga合金均对小鼠成纤维细胞（L929）表现出良好的细胞相容性,未对其产生明显的细胞毒性。     

镁合金表面氟转化层降解过程的电化学阻抗谱

为改善镁合金的生物降解性能,在镁合金AZ31表面制备氟转化层,研究氟转化层的电化学阻抗谱(EIS)在Hank’s仿生溶液中随浸泡时间的变化,并结合浸泡过程中氟转化层表面形貌和成分的变化,探讨氟转化层的形成机理及在仿生溶液中的降解行为。结果表明:氟处理后镁合金表面生成Mg F2转化膜,反应过程中氢气的产生在膜层表面生成不贯穿膜层的孔隙;在Hank’s仿生溶液浸泡过程中,氟转化层电阻随浸泡时间的延长而降低,氟化镁层缓慢溶解并生成氢氧化镁。同时,溶液中的Ca2+、HPO42-和PO43-等离子沉积在表面;由于氟转化层表面存在微孔,浸泡15 min时,小孔腐蚀过程已经开始;浸泡至7 d时,孔核表面区域的膜层溶解穿透,进入腐蚀孔的发展阶段;浸泡至15 d时,发生明显点蚀;氟转化层微孔处溶解速度较大,导致Cl-渗透至基体,镁合金发生点蚀,点蚀产生的腐蚀产物在孔中堆积形成胞状突起。     

AZ31镁合金双稀土转化膜的TiO2溶胶处理

采用TiO2溶胶对双稀土转化膜进行处理,膜的表面形成了新的膜层.SEM表明经TiO2溶胶处理后双稀土转化膜表面有新物质覆盖在裂纹中,使裂纹减小,未露出内层膜,膜层变得均匀完整.极化曲线和交流阻抗对TiO2处理后的双稀土转化膜进行电化学测试,表明采用TiO2处理后试样的腐蚀电位由-1.143 V升高到-0.747V,腐蚀电流密度降低了两个数量级,并且交流阻抗谱的容抗弧半径增大,极化电阻由1.61 kΩ增大到1.81 kΩ,试样的耐腐蚀性得到了明显的提高.     

氟处理对AZ31B镁合金生物耐蚀降解行为的影响

采用低温化学方法在AZ31B镁合金表面制备出氟涂层,并研究了涂层的表面特征,氟处理后AZ31B镁合金在模拟体液中的腐蚀行为。结果表明,氟涂层均匀致密,与基体结合良好。经氟处理后的AZ31B镁合金的耐蚀性能有较大提高,其在模拟体液中的降解缓慢,合金浸泡后溶液的pH值保持在7.5~8.8之间,有效降低了合金降解而引起的碱性增强趋势。氟涂层在模拟体液中会逐渐转化为Ca3(PO4)2,新生成的表面膜会继续起到保护合金基体的作用。     

镁合金AZ31B直齿锥齿轮热锻成形研究

根据镁合金AZ31B的高温流动应力曲线,建立了包含应变的三维加工图,反映了温度、应变和应变速率对功率耗散系数和流变失稳区的影响,确定了合适的热变形范围,即温度为250-325℃、应变速率为0．1～1s^-1。在此基础上,研究了镁合金直齿锥齿轮的锻造成形,制定了无齿形预锻和终锻两步等温锻造工艺,在MSC．Marc平台上进行了锻造过程的模拟,基于模拟结果,完成了镁合金直齿锥齿轮的锻造成形实验。     

AZ31B镁合金线切割

通过对AZ31B镁合金挤压棒料线切割(WEDM)的操作实践,试验结果表明影响镁合金线切割面质量的主要因素是钼丝进给速度、线切割电参数,即随钼丝进给速度的增大,切割表面粗糙度增加.当电压为5V,电流为2.2A时,切割面质量最好.     

钇离子注入AZ31镁合金的氧化行为

研究了AZ31镁合金在钇离子剂量为5×10^16，1×10^17及5×10^17ions／cm^2注入条件下的氧化性能。纯氧气氛、500℃下的氧化实验结果表明，钇离子注入能提高AZ31镁合金的抗氧化性能，而且随着注入剂量的增大，合金表面抗氧化性能提高越大。俄歇电子能谱（AES）和X光电子能谱（XPS）分析表明：钇离子注入以后，在镁合金表面形成了具有双层结构的氧化层，外层主要由MgO组成，而内层主要由Y2O3，MgO构成。这一新形成的氧化层有利于提高AZ31镁合金的抗氧化性能。     

汽车用AZ31镁合金的高周疲劳行为研究

研究了挤压态AZ31镁合金的高周疲劳性能。结果表明,采用升降法算出其在R=0.1、Nf=107时的疲劳极限为96.8 MPa,疲劳寿命随着应力的增加而快速降低;拉伸形变能降低其疲劳寿命;疲劳断裂为解理断裂。     

AZ镁合金在高氯酸镁溶液中的电化学行为

用失重、线性电位扫描、交流阻抗、恒流放电等多种方法研究了AZ镁合金在1.0 mol/L Mg(ClO4)2溶液中的电化学行为,考察了它们作为镁电池负极材料的性能。浸泡与伏安实验结果表明,AZ21的自腐蚀比AZ31和AZ61严重;AZ21和AZ31的电化学活性优于AZ61,表现为阳极极化小,开路电位负。交流阻抗结果表明AZ21、AZ31、AZ61的Rct值逐渐增加。恒电流放电发现,AZ31的放电电位负且稳定;电流效率为82%,高于AZ21和AZ61;滞后时间2 s,小于AZ21和AZ61。可望用于Mg电池。     

CA-P/AZ31B镁合金的生物相溶性研究

将具有磷酸钙(CA-P)表面涂层的AZ31B镁合金植入家兔的骨髂和肌肉组织间,观察了体内CA-P/AZ31B合金周围骨骼、肌肉组织的炎性反应,以及CA-P/AZ31B合金的微观结构,评价了CA-P/AZ31B合金的细胞毒性作用及溶血性.结果表明,CA-P涂层可有效地延缓AZ31B镁合金降解产物的释放速度,增加合金的表面粗糙度,减轻合金在体内诱导的组织炎性反应,显著降低合金的溶血率.CA-P/AZ31B合金具有良好的生物相容性,有望成为新一代可降解生物医学材料.     

AZ31B型镁合金表面钛盐化学转化膜

研究了一种镁合金表面无铬钝化的钛盐环保型化学转化膜处理工艺。利用中性盐雾试验和极化曲线法测试了转化膜的耐蚀性能,采用SEM、EDS等方法对膜的形貌、元素组成进行了研究。结果表明,钛盐转化处理后在镁合金表面形成含钛氧化物膜层,该膜层有良好的耐蚀性能。     

AZ31镁合金化学镀镍镀层分析

以H_3PO_4+HNO_3酸洗与NH_4HF_2+H_3PO_4活化为前处理工艺,对AZ31镁合金进行化学镀镍研究。应用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)与X射线光电子能谱分析仪(XPS)等方法对化学镀镍层进行形貌、成分分布、相结构以及元素分析。结果表明:化学镀镍层表面平整光亮,镀层为高磷非晶结构。化学镀镍层表面,镍主要以单质镍(26.75%)、NiO(32.96%)以及Ni(OH)_2(40.29%)形式存在,磷主要以单质磷(20.17%)、PO2-4(17.37%)以及PO_4~(3-)(62.46%)形式存在;化学镀镍层内部,镍基本为金属单质镍,磷主要以单质磷(74.11%)以及PO_4(2-)(25.89%)形式存在。     

AZ31B变形镁合金压力成形

总结了AZ31B变形镁合金挤压、轧制和热冲压拉深的研究工作。AZ31B挤压板材无裂纹、无烧损,其组织呈晶粒细小的等轴晶;用分流挤压铝合金技术可生产挤压比不大于45,厚度不小于1 5mm的非薄壁镁合金管材;交叉轧制的镁合金薄板的A显著提高,Rp0.2和Rm明显下降;单向轧制时,则出现相反的结果。采用机械冲压法成功地热冲压出60mm×60mm×20mm的方形件,无裂纹现象。