轧制温度和后处理方式对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响

在不同的轧制温度下,对AZ31镁合金板进行轧制,然后取出轧板立即进行水冷、空冷和退火3种不同的后处理。探究轧制温度和后处理对镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,轧制温度为250、300℃时,水冷和空冷处理后板材存在着大量的孪晶,350℃时由于轧制温度较高,孪晶的数量很少;水冷处理后的平均晶粒尺寸要小于空冷,空冷处理之后的孪晶数量略少于水冷,当轧制温度为350℃时,退火处理后,晶粒尺寸减小,晶粒趋于等轴状,晶格畸变程度低。在相同的轧制温度下,水冷处理的镁合金板材的屈服强度、抗拉强度和硬度较高;退火处理后可以显著提高板材的伸长率,但屈服强度、抗拉强度略有下降。轧制温度升高时,3种后处理方式之间屈服强度和抗拉强度的最大差值会减小。     

均匀化处理对挤压态Mg-Al-Zn-0.1Y合金热变形行为及织构的影响

利用250～400℃、0.01～10 s^-1 Gleeble 3500热模拟机等温热压缩试验研究了均匀化处理对稀土Y微合金化挤压态Mg-Al-Zn合金热变形行为的影响,利用电子背散射衍射(EBSD)研究了均匀化热处理对其热变形织构的影响。建立了挤压态和均匀化处理态Mg-Al-Zn-0.1Y镁合金的Arrhenius型本构方程,绘制了代表稳态流动的0.5应变加工图。研究了均匀化热处理对合金热加工图的影响,发现均匀化处理拓宽了合金低温可加工区,提升了合金的低温可加工性,确定了挤压态合金的适宜加工区为(325～375℃、0.01～0.1 s^-1)和(350～375℃、1～10 s^-1),均匀化热处理态合金的适宜加工区为(275～325℃、0.01～0.1 s^-1)。均匀化热处理提升了合金的动态再结晶能力,弱化了挤压态合金热变形基面织构强度,提升了软取向部分比例,提高了挤压态镁合金的热成形性。     

医用镁合金表面阳极氧化/茶多酚复合转化层耐腐蚀性能研究

目的 在AZ31镁合金表面制备阳极氧化/茶多酚复合转化层,解决医用镁合金在植入环境中降解过快、易导致炎症等问题。方法 使用阳极氧化法在镁合金表面构建阳极氧化(Anodization)层,之后在阳极氧化层上通过浸泡法制备多酚转化层,得到复合转化层,多酚选择表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)。通过SEM、EDS、XRD、FTIR和XPS对转化层的表面形貌、成分结构进行分析,利用极化曲线、电化学阻抗谱、长期浸泡试验评价转化层的耐腐蚀行为。结果 阳极氧化层内层致密,外层多孔,主要成分为MgO和MgSiO3。在阳极氧化层表面构建EGCG转化层形成复合层后,外层孔洞被填补,且FTIR图谱中出现了EGCG的特征峰。电化学评价结果显示,与AZ31相比,复合转化层的自腐蚀电流密度降低了约2个数量级,高频容抗弧半径显著增大,等效电路模拟后所得极化电阻(Rp)为179.425 kΩ.cm²,远大于裸材。长期浸泡试验结果显示,复合层可明显控制浸泡过程中溶液pH值的增加,且明显低于其他对照组。浸泡160 h后,表面腐蚀产物最少,具有良好的耐腐蚀性能。结论 采用阳极氧化法和浸泡法在AZ31镁合金表面成功制备了阳极氧化/茶多酚复合层,明显提高了镁基底的耐蚀性能。选用的EGCG来源绿色、价格低廉,且具有抗氧化、抗炎等多重功效,为医用镁合金表面改性提供了一种新方案。     

超高频脉冲电流作用下纳米Al2O3颗粒对Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的影响

目的 进一步提高Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。方法 采用超高频微弧氧化技术在含有Al2O3纳米颗粒的溶液中制备了微弧氧化涂层。利用扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对微弧氧化涂层的表面形貌、截面形貌、成分和晶体结构进行分析。利用极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测试了涂层的耐腐蚀性能。结果 频率由0.5 kHz提升至20 kHz后,涂层表面放电孔洞面积由0.07~24.4 μm²降低至0.08~6.3 μm²,涂层的孔隙率由6.47%减小至3.35%。Al2O3纳米颗粒的添加使超高频涂层表面形成大量自封闭孔洞结构,进而进一步降低了涂层表面的孔径面积(0.1~ 4.63 μm²)和孔隙率(0.97%)。极化试验表明,提高频率至20 kHz,涂层的自腐蚀电流密度由4.7×10^‒6 A/cm²降低至4.7×10^‒7 A/cm² ,添加 Al2O3纳米颗粒,涂层的自腐蚀电流密度进一步降低至1.7×10^‒7 A/cm²,表明其耐蚀性能显著提高。阻抗谱显示,20 kHz-Al涂层具有最大的阻抗,说明该工艺可有效提高微弧氧化涂层的耐蚀性能。 结论 超高频可有效降低放电孔洞尺寸,提高微弧氧化涂层的致密性,改善涂层的耐腐蚀性能。超高频与Al2O3纳米粒子的协同作用使涂层表面形成自封闭孔洞结构,进一步提高微弧氧化涂层的致密性和耐腐蚀性能。     

NH4F浓度对镁合金表面微弧氧化制备氟化物膜层结构和性能的影响

目的 考察乙二醇-氟化铵电解液中氟化铵浓度对镁合金表面微弧氧化制备氟化物膜层结构和性能的影响,提高镁合金氟化物膜层的耐腐蚀性能。方法 在含不同浓度NH4F的EG-NH4F电解液中,采用微弧氧化的方法制备氟化物膜层,NH4F质量浓度分别为40、60、80、100、120 g/L。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD),对膜层表面微观形貌和成分组成进行分析,并通过电化学测试表征了膜层的腐蚀防护性能,通过盐雾试验评估了膜层长效防腐蚀行为,通过SEM和EDS表征了腐蚀形貌和腐蚀产物。结果 在EG-NH4F中制备膜层的物相组成主要是MgF2。随着NH4F浓度的提高,微弧氧化的起弧电压与工作电压均逐渐减小,膜层中氟含量逐渐增加,膜层的孔径减小,孔数量分布更加均匀,膜层表面粗糙度降低。质量浓度为100 g/L NH4F的膜层自腐蚀电流密度(Jcorr)为2.226×10^‒7 A/cm²,较镁合金基材降低了1个数量级,极化电阻Rp增大到90.156 kΩ.cm²,其阻抗模量|Z|f=0.01 Hz=8.55×10⁵ Ω.cm²,与镁合金基材的阻抗模量|Z|f=0.01 Hz=8.86×10² Ω.cm²相比,提高了3个数量级。结论 微弧氧化处理能够显著改善AZ31镁合金的腐蚀防护性能。NH4F浓度的增加有利于提高膜层的耐腐蚀性能,质量浓度为100 g/L NH4F的膜层耐腐蚀性能最优。     

Na2WO4含量对镁合金微弧氧化膜层颜色和耐蚀性的影响

目的 研究电解液中的Na2WO4含量对AZ31B镁合金微弧氧化膜层的形成过程、颜色、微观结构、耐蚀性能的影响。方法 通过添加不同含量的NH4VO3和Na2WO4的碱性铝酸盐电解液体系,在AZ31B镁合金表面制备黑色的微弧氧化膜层。采用SEM、EDS分析加入不同含量的Na2WO4后膜层表面的微观形貌及元素组成,采用XRD分析物相组成,通过电化学实验表征膜层的耐腐蚀性能。结果 随着Na2WO4含量的增加,微弧氧化过程中的起弧电压下降,膜层的致密性提高,厚度呈先增加后减小的趋势。当Na2WO4的质量浓度为0.5 g/L时,膜层的厚度最大,且此时膜层表面微孔分布均匀,色度最低,耐蚀性最好,自腐蚀电位为−0.138 V,自腐蚀电流密度为2.36×10⁻⁷ A/cm²,相较于基体降低了3个数量级。结论 增加Na2WO4含量会使微弧氧化成膜过程中的电弧发生变化,适当增加Na2WO4会提高膜层的厚度,降低膜层的CIE色度,使陶瓷膜层表面的微孔分布得更加均匀致密,从而提高膜层的耐蚀性能。当Na2WO4含量过高时,会使膜层的离子浓度升高,电阻增大,介电击穿电压上升,导致膜层表面被烧蚀,耐腐蚀性能降低。     

基于人工神经网络与遗传算法的Al-Mg-Si系合金抗拉强度预测模型

为了研究Al-Mg-Si系合金热处理制度和合金成分对力学性能的影响规律,采用人工神经网络（artificial neural network, ANN）和遗传算法（genetic algorithm, GA）相结合的方法,构建了Al-Mg-Si系合金强度预测模型（ANN-GA模型）。通过单因素和双因素分析,研究了合金元素含量和热处理工艺参数对铝合金抗拉强度的影响规律。结果表明,随着Si含量的增加,铝合金的抗拉强度呈现先降低后升高的趋势;随着Mg含量的增加、Cu含量的增加或者Fe含量的减少,铝合金的抗拉强度整体上呈现升高的趋势。双因素分析更能反映输入参数对铝合金抗拉强度的影响。Mg/Si比、Mg+Si总量和时效时间对Al-Mg-Si系合金力学性能的影响显著。铝合金的硬度随时间的变化趋势与ANN-GA模型的计算结果一致,峰值时效时间为29 h,相对误差为11.86%。     

预拉伸形变对Mg-Zn-Sr-Zr-Mn合金降解行为的影响

镁合金具有优异的生物相容性和独特降解性,但其在生理环境中的耐蚀性能较差,严重制约了其在临床应用中的发展。使用预拉伸工艺制备Mg-Zn-Sr-Zr-Mn新型镁合金,通过XRD、OM和SEM探究预拉伸形变量与显微组织、腐蚀速率和膜层形貌间的关系。结果表明：随预拉伸形变量的增大(2%、4%、6%),合金晶粒尺寸被逐渐拉长,孪晶数目逐渐增多,析出相离散程度逐渐增大。4%预拉伸合金由于适量孪晶的出现及析出相离散程度的增大,增加了电偶腐蚀形核点位,加速了合金表面均匀氧化产物的快速产生,增大了合金极化电阻阻值;3种预拉伸合金电化学(0.38、0.25、0.74 mm·a^-1)及失重速率(2.85、1.83、5.88 mm·a^-1)均呈现先降低后升高的趋势。4%预拉伸合金具有较高的耐蚀性证明适当的预拉伸变形能提高界面析出相的连续性,阻碍腐蚀进程,对合金耐腐蚀性能起到积极作用。而当预拉伸形变量继续增加,产生大量位错,创造氢扩散路径,有利于氢富集,导致合金耐蚀性下降。此外,适当的预拉伸形变通过改变残余应力的重新分布,提高腐蚀均匀性,同时提高膜层致密性与连续性,延...     

复合挤压对Mg-4Sn-2Al-1Zn合金组织及力学性能的影响

针对镁合金室温强度低、塑性差的问题,采用复合挤压工艺在250℃对Mg-4Sn-2Al-1Zn合金进行了挤压,研究了复合挤压对合金的组织演变、织构及力学性能的影响。结果表明,复合挤压能将Mg-4Sn-2Al-1Zn合金的晶粒尺寸由45.2μm细化至3.1μm,组织均匀。挤压后的合金硬度提升,均匀性改善,屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别为204 MPa、287 MPa和21.0%,较匀质态分别提高了140.0%、91.3%和156.1%。动态再结晶是晶粒细化的主要机制,晶粒细化以及挤压后基面织构增强、织构向挤压方向均匀扩展使合金强度、塑性提高,挤压过程中Mg2Sn相破碎进一步提高了合金的力学性能。上述研究表明复合挤压是一种能有效提高镁合金综合性能的工艺。     

医用稀土镁合金微观组织特征及力学行为研究进展

近年来,镁合金作为生物医用金属材料受到了广泛关注,但其较差的力学强度极易导致植入物在服役周期内崩塌断裂,严重危及患者生命安全。稀土微复合金化作为当下提高可降解镁合金力学性能的有效措施,在消除镁合金杂质元素、净化熔体的同时,还可以起到促进动态再结晶、形成长周期堆垛有序相等作用。因此,本文从稀土镁合金微观结构转变及其与力学性能的基本关联出发,综述了近年来医用稀土镁合金组织特征及力学性能的研究进展,深入发掘了稀土元素、第二相及镁合金力学性能之间的本质关联,详细阐述了连续动态再结晶对稀土镁合金的强韧化机理,全面叙述了稀土元素诱导长周期堆垛有序结构对镁合金力学性能的影响规律。最后,本文对医用稀土镁合金未来的发展方向进行了展望。