【摘 要】
:
近年来,随着镁合金室温变形工艺技术的提高,采用累计多道次冷拉拔结合中间退火的工艺能够成功制备镁合金细丝和细管材等微型材。这些微型材在生物医用领域具有很大的潜力,使得可降解吻合钉、缝合线、心血管支架、纤维增强骨科固定复合材料等应用成为可能。虽然镁合金作为可降解材料正是利用了镁易腐蚀的特性,但这也对镁腐蚀的基础研究提出了更高的要求。首先,镁合金的腐蚀速率过快依旧是镁合金在医用材料领域的障碍,如何使镁合
论文部分内容阅读
近年来,随着镁合金室温变形工艺技术的提高,采用累计多道次冷拉拔结合中间退火的工艺能够成功制备镁合金细丝和细管材等微型材。这些微型材在生物医用领域具有很大的潜力,使得可降解吻合钉、缝合线、心血管支架、纤维增强骨科固定复合材料等应用成为可能。虽然镁合金作为可降解材料正是利用了镁易腐蚀的特性,但这也对镁腐蚀的基础研究提出了更高的要求。首先,镁合金的腐蚀速率过快依旧是镁合金在医用材料领域的障碍,如何使镁合金的腐蚀速率与应用要求相匹配仍是待解决的基本问题。其次,镁及镁合金非常容易发生局部腐蚀,这会导致材料过早或突然失效。针对上述问题,本文研究了纯镁和Z2(Mg-2wt.%Zn)及Z4(Mg-4wt.%Zn)两种镁锌二元合金在热挤压、冷拉拔和热处理工艺过程中显微组织的演变规律。对不同加工状态的丝材在NaCl溶液中进行了浸泡腐蚀试验,系统地揭示了纯镁和Mg-Zn合金的腐蚀规律。显微组织研究发现,挤压态纯镁和Mg-Zn丝材中都形成了典型的丝织构,即大部分晶粒的<11(?)0>和<10(?)0>晶向都沿着ED(挤压方向)方向分布。结合丝材的纵截面和横截面的EBSD结果发现,纯镁试样的微区织构分布不均匀:试样边部的晶粒取向更一致,晶粒不仅<11(?)0>或<10(?)0>晶向与ED平行,且基面与ND(纵截面法线)平行;而心部的晶粒有更大的自由度,心部晶粒的基面多数与ND垂直,但也有部分晶粒的取向与边部的晶粒相同。这说明在形成<11(?)0>或<10(?)0>与ED平行的丝织构时,大部分晶粒还绕ED方向发生了转动。冷拉拔变形量为7%~21%时,这种晶粒取向梯度仍然存在。丝材圆柱表面的电化学试验结果表明,三种成分的挤压态丝材经过冷拉拔加工后腐蚀电位和腐蚀电流都降低。对于不同加工状态的Z2丝材,利用析氢法和电化学法算得的表面腐蚀速率规律基本一致,但失重法测得的腐蚀速率数值明显高于上述两种方法的结果,说明失重法不适用于研究镁合金丝材在NaCl溶液中的腐蚀速率。对于同种成分的镁合金,当腐蚀倾向于在表面均匀扩展时,试样的腐蚀速率较低。当试样的局部腐蚀程度较严重时,往往表现出较快的腐蚀速率。对于纯镁,发生局部腐蚀的试样的平均腐蚀速率约为均匀腐蚀试样的4倍。SEM+EBSD方法可直接观察腐蚀萌生位置与显微组织的关系,与SKP电位分布规律十分吻合,说明这种方法用于研究镁合金局部腐蚀是合理可靠的。在多相微电偶理论的基础上,改进并建立了镁合金的局部腐蚀微电偶模型。该模型将镁合金中具有不同腐蚀倾向的组织视为微电极,将相邻的微电极视为腐蚀微电偶。腐蚀微电偶的种类和微电极的性质即是局部腐蚀发展的热力学基础。将不同取向的相邻晶粒看作腐蚀微电偶,利用第一性原理计算了晶粒微电极的性质。结果表明,镁中{0001}面具有最低的表面能(0.48 J/m2),说明基面的稳定性最高。柱面的腐蚀速率为基面的15~17倍,{10(?)0}和{11(?)0}两类柱面腐蚀速率的比值为1.15,腐蚀速率非常接近。随Zn含量增加,热挤压丝材表面的腐蚀速率先降低后升高。三种合金挤压态样品的腐蚀电位由低到高的顺序为:Mg、Z4、Z2。从丝材纵截面的显微组织和腐蚀行为看,Mg-Zn合金的腐蚀性能不仅仅取决于Zn含量,还与显微组织密切相关。Z2和Z4合金在热挤压过程中发生了不均匀的动态再结晶,显微组织中出现沿挤压方向分布的细晶条带组织。条带组织中的细晶与非条带晶粒之间存在明显的电位差,构成了微电偶,成为Mg-Zn合金局部腐蚀的优先位置。挤压态纯镁试样的心部区域更容易发生局部腐蚀,边部的腐蚀形貌相对均匀。这是因为在晶粒取向有序度较高的边部区域,晶粒微电偶提供的局部腐蚀驱动力较小;而在晶粒自由度较大的丝材心部,晶粒微电偶提供的腐蚀驱动力较大,因此局部腐蚀较严重。冷拉拔对Z2和Z4丝材纵截面的析氢腐蚀速率影响不大,且对纵截面局部腐蚀的改善不明显。主要原因是经过冷拉拔变形后,条带组织中的细晶仍然存在,条带组织中的细晶与非条带组织晶粒之间具有较大的电位差,局部腐蚀发展的驱动力较大。冷拉拔纯镁丝材在较高温度下退火后,显微组织中的晶粒取向梯度消失,局部腐蚀失去了足够的驱动力,因此腐蚀速率下降。对于冷拉拔Z2丝材,退火处理实现了完全再结晶,消除了条带组织,合金丝的腐蚀速率也随之降低。然而退火工艺对冷拉拔Z4丝材的腐蚀速率没有显著影响,因为Z4中的条带组织缺陷难以通过热处理消除。
其他文献
近年来,随着我国逐渐加快推进住宅产业化发展,装配式钢结构因其抗震性能优越以及轻质环保等诸多优点,从而得到大力推广和广泛应用。但是,当前我国应用的钢结构住宅体系尤其是应用的高层住宅钢结构体系存在着工厂制作程度较低、标准化应用较差以及围护体系落后等一系列问题,从而制约了国内装配式钢结构住宅的应用和推广。针对我国装配式钢结构住宅体系中存在的上述问题,本文基于标准化制作和设计理念提出一种新型装配式异形束柱
铁基块体非晶合金作为一元素多样化的合金家族,其成分可调范围广、磁相变温度区间跨度大以及制造成本低,具有作为室温磁制冷工质的潜力。另一方面,铁基非晶合金的长程无序结构可以突破微成型加工中晶粒尺寸效应的限制,有望成为更理想的微成型磁性材料。然而,由于大部分铁基块体非晶合金的形成能力有限、过冷液相区间窄,所以目前较难实现其作为近室温磁工质的应用和过冷液相区间的热塑性加工。为了开发具有高非晶形成能力和宽过
目前耐热铝合金(Al-Cu系和Al-Si-Cu系合金)的应用限制在250℃左右。随着对构件使用温度的要求升高,这些合金的高温强度和延展性成为一个关键参数。从设计角度来看,一个更好的参数是材料的蠕变抗力,这决定了工程部件的高温承载性能和寿命。工业用铝合金中含有多种复杂的二次相(如θ、T-Al20Cu2Mn3、S-Al Cu2Mg、富Ni相和新开发的富锰相等),其尺寸、形貌和热稳定性决定了铝合金的高温
高空长航时大柔性飞行器可用于执行侦察、监测、预警和通信中继等任务,具有广阔的发展潜力及应用前景,是临近空间飞行器重要的结构形式之一。为了提高气动效率、任务载荷,此类飞行器通常采用轻质复合材料,具有大展弦比柔性机翼。大柔性飞行器结构与气动荷载耦合形成的气动弹性问题,与传统飞机有很大区别,体现在结构变形较大、系统中不确定性因素突出、弹性振动与刚体模态产生耦合等方面。这些特点决定了以往的非定常气动力理论
相变材料在商业用途中已经使用了很多年,它们在能量存储中的应用有效地缓解了化石燃料的储量有限以及温室气体排放的问题,提高了许多家庭和工业部门中的能源存储和使用效率。除此之外,相变材料在生物医学、电子、纺织、建筑和汽车工业等领域也有着广泛的应用。在相变材料的发展进程中,已经研究的材料囊括了许多种类,比如无机物、有机物、聚合物和有机-无机杂化材料。其中分子基相变材料(包含有机物和有机-无机杂化材料)由于
激光增材制造技术(如激光金属沉积技术LMD)的诞生使金属零件的设计与制造迈入了新的纪元。依托逐层添加式制造方法,激光增材制造的零件往往具有高度复杂的空间结构以及定制化的功能梯度,在航空航天、航海、核工业以及石油化工领域有着巨大的应用前景。然而,由于激光增材制造过程中的应力集中、微观组织混乱、裂纹、气孔等缺陷缺少有效的监测和调控手段,严重的制约了该技术的发展及应用。本文以LMD增材制造316不锈钢为
高碳珠光体钢丝是工业生产中强度最高的金属结构材料,因其同时具备优良的韧塑性,广泛应用于大跨度桥梁缆索、汽车轮胎和高层建筑等国民经济领域。微合金化是超高强度珠光体钢丝开发的重要手段之一,其中Mn、Si元素是最常见的添加元素。Mn、Si元素的添加,显著影响珠光体的共析转变过程及微观结构特征,对珠光体钢最终组织和力学性能的控制产生重要影响。研究发现,Mn、Si元素在珠光体两相间存在明显的相分配,并具有显
铸钢件因其设计合理性与实用性得到了工程界越来越多的关注。与热轧钢构件相比,铸钢件的浇注过程容易卷入气体、杂质等,并且缺少轧机轧制过程,导致铸钢中的缺陷数量远多于热轧钢中的缺陷数量。缺陷的存在破坏了材料的连续性,减小了构件受力时的有效截面面积,造成局部构件及整体结构力学性能下降。由于铸钢件总是带缺陷工作的,该问题制约了铸钢材料、构件和结构的进一步发展应用。只有充分认识缺陷对铸钢件和结构系统力学性能的
稀土掺杂的上转换材料可以吸收近红外光并发射可见光,这一独特的发光特性使其在生命科学、光伏、传感、防伪等领域极具应用前景,是当前稀土发光材料的研究热点。特别是随着纳米制备技术的发展,上转换纳米晶相比有机染料分子或半导体量子点,应用于生物医学领域具有毒性小、稳定性好、探测深度远、辐射损伤低、信噪比高、无荧光闪烁等显著优点。稀土掺杂的六方(β)相NaYF4类纳米晶被认为是目前最高效的上转换体系,针对其在
碳纤维增强复合材料由于具有优异的力学性能以及可设计性,目前广泛应用于航空航天、土木、汽车等领域,因此其力学性能表征以及复合材料结构的力学行为预测成为复合材料研究的热点。相比于实验方法,数值方法具有预测效率更高、更加经济、更适应于材料的设计等优点,且由于复合材料是非均质材料,因此构建复合材料多尺度分析方法并研究不同因素对复合材料性能的影响具有重要理论意义和应用价值。为了完成碳纤维增强复合材料从低阶尺