Изменение структуры, механических и коррозионных свойств сплава системы Mg–Zn–Zr, подвергнутого равноканальному угловому прессованию
- Авторы: Аксенов Д.А.1,2, Фахретдинова Э.И.1,2, Асфандияров Р.Н.1,2, Рааб А.Г.2, Шарипов А.Е.2, Шишкунова М.А.2, Сементеева Ю.Р.2
-
Учреждения:
- Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН
- Уфимский университет науки и технологий
- Выпуск: № 1 (2024)
- Страницы: 9-17
- Раздел: Статьи
- URL: https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/903
- DOI: https://doi.org/10.18323/2782-4039-2024-1-67-1
- ID: 903
Цитировать
Аннотация
Магниевые сплавы считаются перспективными материалами для изготовления биорезорбируемых имплантатов. Их основные недостатки – низкая прочность и коррозионная стойкость в биологических средах. В работе изучалось влияние интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования (РКУП) на структуру, механические свойства и коррозионную стойкость магниевого сплава Mg–8,6Zn–1,2Zr. Установлено, что 1 цикл РКУП при 400 °С ведет к заметному упрочнению сплава Mg–8,6Zn–1,2Zr на ~10 %, до 330 МПа. Структурные исследования показали, что в трансформации структуры существенную роль играет динамическая рекристаллизация. РКУП ведет к формированию структуры бимодального вида с крупными деформированными зернами со средним поперечным размером 20±4 мкм и рекристаллизованными зернами со средним поперечным размером 6±2 мкм. Установлено, что с понижением температуры деформации до 250 °С происходит процесс деформационно-индуцированного распада пересыщенного твердого раствора. Электропроводность образца после РКУП при 400 °С составляла 29±2 % согласно International Annealed Copper Standard (IACS), в то время как 2 цикла РКУП при 250 °С ведут к повышению электропроводности до 32±2 % IACS. Методом электрохимической коррозии установлено, что 1 цикл РКУП при 400 °С приводит к незначительному снижению коррозионной стойкости исследуемого сплава по сравнению с исходным состоянием. Показано, что ток коррозии увеличивается с 24 до 32 мкА/см2, в то время как последующий цикл РКУП при 250 °С увеличивает ток коррозии более чем в 2 раза (до 57 мкА/см2).
Об авторах
Денис Алексеевич Аксенов
Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН;Уфимский университет науки и технологий
Автор, ответственный за переписку.
Email: aksyonovda@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2652-2646
младший научный сотрудник
Россия, 450054, Россия, г. Уфа, пр-т Октября, 71; 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32Эльвира Илдаровна Фахретдинова
Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН;Уфимский университет науки и технологий
Email: yelka89@mail.ru
кандидат технических наук, научный сотрудник
Россия, 450054, Россия, г. Уфа, пр-т Октября, 71; 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32Рашид Наилевич Асфандияров
Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН;Уфимский университет науки и технологий
Email: a.r.n@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-5522-4314
кандидат технических наук, научный сотрудник
Россия, 450054, Россия, г. Уфа, пр-т Октября, 71; 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32Арсений Георгиевич Рааб
Уфимский университет науки и технологий
Email: agraab@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1993-413X
кандидат технических наук, научный сотрудник
Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32Арсений Елисеевич Шарипов
Уфимский университет науки и технологий
Email: arsenyarseny36728@gmail.com
магистрант
Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32Мария Андреевна Шишкунова
Уфимский университет науки и технологий
Email: shishkunomashaa@gmail.com
аспирант
Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32Юлия Рамилевна Сементеева
Уфимский университет науки и технологий
Email: yu.nuriewa@yandex.ru
магистрант
Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32Список литературы
- Li N., Zheng Y. Novel Magnesium Alloys Developed for Biomedical Application: A Review // Journal of Materials Science and Technology. 2013. Vol. 29. № 6. P. 489–502. doi: 10.1016/j.jmst.2013.02.005.
- Chen Y., Xu Zhigang, Smith C., Sankar J. Recent advances on the development of magnesium alloys for biodegradable implants // Acta Biomaterialia. 2014. Vol. 10. № 11. P. 4561–4573. doi: 10.1016/j.actbio.2014.07.005.
- Gu X.-N., Zheng Y.-F. A review on magnesium alloys as biodegradable materials // Frontiers of Materials Science in China. 2010. Vol. 4. P. 111–115. doi: 10.1007/s11706-010-0024-1.
- Saris N.-E.L., Mervaala E., Karppanen H., Khawaja J.A., Lewenstam A. Magnesium: An update on physiological, clinical and analytical aspects // Clinica Chimica Acta. 2000. Vol. 294. № 1-2. P. 1–26. doi: 10.1016/S0009-8981(99)00258-2.
- Yin D., Zhang E., Zeng S. Effect of Zn on mechanical property and corrosion property of extruded Mg-Zn-Mn alloy // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008. Vol. 18. № 4. P. 763–768. doi: 10.1016/S1003-6326(08)60131-4.
- Cai S., Lei T., Li N., Feng F. Effects of Zn on microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of Mg–Zn alloys // Materials Science and Engineering: C. 2012. Vol. 32. № 8. P. 2570–2577. doi: 10.1016/j.msec.2012.07.042.
- Zhao T., Hu Y., Pan F., He B., Guan M., Yuan Y., Tang A. Effect of Zn Content on the Microstructure and Mechanical Properties of Mg–Al–Sn–Mn Alloys // Materials. 2019. Vol. 12. № 19. Article number 3102. doi: 10.3390/ma12193102.
- Bohlen J., Kurz G., Yi S., Letzig D. Rolling of magnesium alloys // Advances in Wrought Magnesium Alloys. Sawston: Woodhead Publishing Limited, 2012. P. 346–375.
- Xin R., Li B., Li L., Liu Q. Influence of texture on corrosion rate of AZ31 Mg alloy in 3.5wt.% NaCl // Materials & Design. 2011. Vol. 32. № 8-9. P. 4548–4552. doi: 10.1016/j.matdes.2011.04.031.
- Zheng F., Chen H., Zhang Y., Wang W., Nie H. Microstructure evolution and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy tube by stagger spinning // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2022. Vol. 29. P. 1361–1372. doi: 10.1007/s12613-021-2396-x.
- Sun J., Zhao W., Yan P., Chen K., Jiao L., Qiu T., Wang X. Effect of Corrosive Medium and Surface Defect-Energy on Corrosion Behavior of Rolled ZK61M Alloy // Materials. 2022. Vol. 15. № 12. Article number 4091. doi: 10.3390/ma15124091.
- Li W., Liu X., Zheng Y. et al. In vitro and in vivo studies on ultrafine-grained biodegradable pure Mg, Mg–Ca alloy and Mg–Sr alloy processed by high-pressure torsion // Biomaterials Science. 2020. № 18. P. 5071–5078. doi: 10.1039/D0BM00805B.
- Medeiros M.P., Carvalho A.P., Isaac A., Afonso C.R.M., Janeček M., Minárik P., Celis M.M., Figueiredo R.B. Using high pressure torsion to process magnesium alloys for biological applications // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 22. P. 3075–3084. doi: 10.1016/j.jmrt.2022.12.127.
- Yan Z., Zhu J., Zhang Z., Wang Q., Xue Y. The microstructural, textural, and mechanical effects of high-pressure torsion processing on Mg alloys: A review // Frontiers in Materials. 2022. Vol. 9. Article number 964992. doi: 10.3389/fmats.2022.964992.
- Merson D., Brilevsky A., Myagkikh P., Tarkova A., Prokhorikhin A., Kretov E., Frolova T., Vinogradov A. The Functional Properties of Mg–Zn–X Biodegradable Magnesium Alloys // Materials. 2020. Vol. 13. № 3. Article number 544. doi: 10.3390/ma13030544.
- Yin D.L., Cui H.L., Qiao J., Zhang J.F. Enhancement of mechanical properties in a Mg–Zn–Zr alloy by equal channel angular pressing at warm temperature // Materials Research Innovations. 2015. Vol. 19. № 9. P. 9–28. doi: 10.1179/1432891715Z.0000000001912.
- Vinogradov A., Vasilev E., Kopylov V.I., Linderov M., Brilevesky A., Merson D. High Performance Fine-Grained Biodegradable Mg–Zn–Ca Alloys Processed by Severe Plastic Deformation // Metals. 2019. Vol. 9. № 2. Article number 186. doi: 10.3390/met9020186.
- Jahadi R., Sedighi M., Jahed H. ECAP effect on the micro-structure and mechanical properties of AM30 magnesium alloy // Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 593. P. 178–184. doi: 10.1016/j.msea.2013.11.042.
- Straumal B., Martynenko N., Temralieva D. et al. The Effect of Equal-Channel Angular Pressing on Microstructure, Mechanical Properties, and Biodegradation Behavior of Magnesium Alloyed with Silver and Gadolinium // Crystals. 2020. Vol. 10. № 10. Article number 918. doi: 10.3390/cryst10100918.
- Gopi K.R., Shivananda Nayaka H. Microstructure and mechanical properties of magnesium alloy processed by equal channel angular pressing (ECAP) // Materials Today: Proceedings. 2017. Vol. 4. № 9. P. 10288–10292. doi: 10.1016/j.matpr.2017.06.366.
- Chen M., Ma C., Liu Q., Cheng M., Wang H., Hu X. Plastic Deformation Mechanism of High Strength and Toughness ZK61 Magnesium Alloy Plate by Multipass Horizontal Continuous Rolling // Materials. 2023. Vol. 16. № 3. Article number 1320. doi: 10.3390/ma16031320.
- Alawad M.O., Alateyah A.I., El-Garaihy W.H., BaQais A., Elkatatny S., Kouta H., Kamel M., El-Sanabary S. Optimizing the ECAP Parameters of Biodegradable Mg–Zn–Zr Alloy Based on Experimental, Mathematical Empirical, and Response Surface Methodology // Materials. 2022. Vol. 15. № 21. Article number 7719. doi: 10.3390/ma15217719.
- Choi H.Y., Kim W.J. Effect of thermal treatment on the bio-corrosion and mechanical properties of ultrafine-grained ZK60 magnesium alloy // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2015. Vol. 51. P. 291–301. doi: 10.1016/j.jmbbm.2015.07.019.
- Scully J.R. Polarization resistance method for determination of instantaneous corrosion rates // Corrosion. 2000. Vol. 56. № 2. P. 199–218. doi: 10.5006/1.3280536.
- Aung N.N., Zhou W. Effect of grain size and twins on corrosion behaviour of AZ31B magnesium alloy // Corrosion Science. 2010. Vol. 52. № 2. P. 589–594. doi: 10.1016/j.corsci.2009.10.018.
- Zeng R., Kainer K.U., Blawert C., Dietzel W. Corrosion of an extruded magnesium alloy ZK60 component – The role of microstructural features // Journal of Alloys and Compounds. 2011. Vol. 509. № 13. P. 4462–4469. doi: 10.1016/j.jallcom.2011.01.116.
- Shang B., Lei L., Wang X., He P., Yuan X., Dai W., Li J., Jiang Y., Sun Y. Effects of grain boundary characteristics changing with cold rolling deformation on intergranular corrosion resistance of 443 ultra-pure ferritic stainless steel // Corrosion Communications. 2022. Vol. 8. P. 27–39. doi: 10.1016/j.corcom.2022.07.002.
- Yan J., Qin Z., Yan K. Mechanical properties and microstructure evolution of Mg–6wt%Zn alloy during equal-channel angular pressing // Metals. 2018. Vol. 8. № 10. Article number 841. doi: 10.3390/met8100841.
- Dumitru F.-D., Higuera-Cobos O.F., Cabrera J.M. ZK60 alloy processed by ECAP: Microstructural, physical and mechanical characterization // Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 594. P. 32–39. doi: 10.1016/j.msea.2013.11.050.