Влияние интенсивной пластической деформации кручением на структуру и механические свойства цинкового сплава Zn–1%Fe–5%Mg

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время ведутся поиски новых материалов для временных имплантатов, способных растворяться в организме, что приводит к исчезновению потребности в повторной операции. В последнее десятилетие интерес ученых был сосредоточен на материалах на основе цинка, так как он, в отличие от других металлов, имеет подходящую скорость коррозии и хорошую биосовместимость. В работе описан эксперимент по изучению влияния деформации на микроструктуру, прочностные и коррозионные свойства сплава системы Zn–Fe–Mg. Проведен энергодисперсионный анализ и расчет объемной доли второй фазы цинкового сплава Zn–Fe–Mg. Гравиметрическим методом исследованы коррозионные свойства цинкового сплава Zn–Fe–Mg с разной микроструктурой (до и после интенсивной пластической деформации кручением) в условиях, имитирующих условия внутри живого организма (температура, состав коррозионной среды). В ходе испытаний определен механизм протекания коррозии, рассчитаны ее скорость и потеря массы образцов. Проведены исследования рельефа коррозионной поверхности методом растровой электронной микроскопии. Установлено, что разрушение материала в коррозионной среде происходит по матрице, содержащей активный металл Mg. Результаты расчетов скорости коррозии у исходного и ИПДК-образцов отличались из-за более равномерного распределения частиц второй фазы во время интенсивной пластической деформации. В данной работе методом легирования цинка железом и магнием, а также применением интенсивной пластической деформации кручением получилось повысить микротвердость образцов до 239,6±8 НV, что является высоким показателем для цинковых сплавов.

Об авторах

Эльмира Дамировна Абдрахманова

Уфимский университет науки и технологий

Email: elmira.abdr2019@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-2775-7488

студент

Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Эльвира Динифовна Хафизова

Уфимский университет науки и технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: KhafizovaED@uust.ru
ORCID iD: 0000-0002-4618-412X

кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и физики металлов, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях»

Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Милена Владиславовна Поленок

Уфимский университет науки и технологий

Email: renaweiwei.179@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9774-1689

студент

Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Руслан Камилович Нафиков

Уфимский университет науки и технологий

Email: nafickov.ruslan2011@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1280-6258

младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях»

Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Елена Александровна Корзникова

Уфимский университет науки и технологий

Email: elena.a.korznikova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5975-4849

доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры материаловедения и физики металлов, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях»

Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Список литературы

  1. Kogan S., Sood A., Granick M.S. Zinc and Wound Healing: A Review of Zinc Physiology and Clinical Applications // Wounds. 2017. Vol. 29. № 4. P. 102–106.
  2. Lin Mao, Li Shen, Jiahui Chen et al. A promising biodegradable magnesium alloy suitable for clinical vascular stent application // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. Article number 46343. doi: 10.1038/srep46343.
  3. Yang Hongtao, Jia Bo, Zhang Zechuan, Qu Xinhua, Li Guannan, Lin Wenjiao, Zhu Donghui, Dai Kerong, Zheng Yufeng. Alloying design of biodegradable zinc as promising bone implants for load-bearing applications // Nature Communications. 2020. Vol. 11. Article number 401. doi: 10.1038/s41467-019-14153-7.
  4. Shi Zhangzhi, Li Changheng, Li Meng, Li Xiangmin, Wang Luning. Second phase refining induced optimization of Fe alloying in Zn: Significantly enhanced strengthening effect and corrosion uniformity // International Journal Minerals, Metallurgy and Materials. 2022. Vol. 29. P. 796–806. doi: 10.1007/s12613-022-2468-6.
  5. Mita K., Ikeda T., Maeda M. Phase diagram study of Fe–Zn intermetallics // Journal of Phase Equilibria. 2001. Vol. 22. P. 122–125. doi: 10.1361/105497101770338978.
  6. Su Yingchao, Fu Jiayin, Lee Wonsae, Du Shaokang, Qin Yi-Xian, Zheng Yufeng, Wang Yadong, Zhu Donghui. Improved mechanical, degradation, and biological perfomaces of Zn–Fe alloys as bioresorbable implants // Bioactive Materials. 2022. Vol. 17. P. 334–343. doi: 10.1016/j.bioactmat.2021.12.030.
  7. Shao Xiaoxi, Wang Xiang, Xu Fangfang et al. In vivo biocompatibility and degradability of a Zn–Mg–Fe alloy osteosynthesis system // Bioactive Materials. 2022. Vol. 7. P. 154–166. doi: 10.1016/j.bioactmat.2021.05.012.
  8. Mostaed E., Sikora-Jasinska M., Mostaed A., Loffredo S., Demir A.G., Previtali B., Mantovani D., Beanland R., Vedani M. Novel Zn-based alloys for biodegradable stent applications: Design, development and in vitro degradation // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2016. Vol. 60. P. 581–602. doi: 10.1016/j.jmbbm.2016.03.018.
  9. Vojtěch D., Kubásek J., Šerák J., Novák P. Mechanical and corrosion properties of newly developed biodegradable Zn-based alloys for bone fixation // Acta Biomaterialia. 2011. Vol. 7. № 9. P. 3515–3522. doi: 10.1016/j.actbio.2011.05.008.
  10. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., Alexandrov I.V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation // Progress in Materials Science. 2000. Vol. 45. № 2. P. 103–189. doi: 10.1016/S0079-6425(99)00007-9.
  11. Li Baoping, Dong Anping, Zhu Guoliang, Chu Shuangjie, Qian Hongwei, Hu Chengjie, Sun Baode, Wang Jun. Investigation of the corrosion behaviors of continuously hot-dip galvanizing Zn–Mg coating // Surface and Coatings Technology. 2012. Vol. 206. № 19-20. P. 3989–3999. doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.03.079.
  12. Prosek T., Nazarov A., Bexell U., Thierry D., Serak J. Corrosion mechanism of model zinc–magnesium alloys in atmospheric conditions // Corrosion Science. 2008. Vol. 50. № 8. P. 2216–2231. doi: 10.1016/j.corsci.2008.06.008.
  13. Xue Penghao, Ma Minglong, Li Yongjun, Li Xinggang, Yuan Jiawei, Shi Guoliang, Wang Kaikun, Zhang Kui. Microstructure, Hot Deformation Behavior, and Recrystallization Behavior of Zn–1Fe–1Mg Alloy under Isothermal Compression // Materials. 2021. Vol. 14. № 7. Article number 1735. doi: 10.3390/ma14071735.
  14. Xue Penghao, Ma Minglong, Li Yongjun, Li Xinggang, Yuan Jiawei, Shi Guoliang, Wang Kaikun, Zhang Kui. Microstructure, Mechanical Properties, and In Vitro Corrosion Behavior of Biodegradable Zn–1Fe–xMg Alloy // Materials. 2020. Vol. 13. № 21. Article number 4835. doi: 10.3390/ma13214835.
  15. Поленок М.В., Хафизова Э.Д., Исламгалиев Р.К. Влияние интенсивной пластической деформации на механические свойства чистого цинка // Frontier Materials & Technologies. 2022. № 3-2. C. 25–31. doi: 10.18323/2782-4039-2022-3-2-25-31.
  16. Mostaed E., Sikora-Jasinska M., Drelich J.W., Vedani M. Zinc-based alloys for degradable vascular stent application // Acta Biomaterialia. 2018. Vol. 71. P. 1–23. doi: 10.1016/j.actbio.2018.03.005.
  17. Разумов И.К., Ермаков А.Е., Горностырев Ю.Н., Страумал Б.Б. Неравновесные фазовые превращения в сплавах // Успехи физических наук. 2019. Т. 190. № 8. С. 785–810. doi: 10.3367/UFNr.2019.10.038671.
  18. Zhang Xiaoge Gregory. Corrosion potential and corrosion current // Corrosion and Electrochemistry of Zinc. Boston: Springer, 1996. P. 125–156. doi: 10.1007/978-1-4757-9877-7_5.
  19. Худододова Г.Д., Кулясова О.Б., Исламгалиев Р.К. Прочностные и коррозионные свойства УМЗ-сплава Mg–Zn–Ca // Наноиндустрия. 2022. Т. 15. № 7-8. С. 426–433. doi: 10.22184/1993-8578.2022.15.7-8.426.433.
  20. Byun Jong Min, Yu Jin Min, Kim Dae Kyung, Kim Tae Yeob, Jun Woo Sung, Kim Young Do. Corrosion Behavior of Mg2Zn11 and MgZn2 Single Phases // Korean Journal of Metals and Materials. 2013. Vol. 51. № 6. P. 413–419. doi: 10.3365/KJMM.2013.51.6.413.
  21. Wątroba M., Mech K., Bednarczyk W., Kawałko J., Marciszko-Wiąckowska M., Marzec M., Shepherd D.E.T., Bała P. Long-term in vitro corrosion behavior of Zn–3Ag and Zn–3Ag–0.5Mg alloys considered for biodegradable implant applications // Materials & Design. 2022. Vol. 213. Article number110289. doi: 10.1016/j.matdes.2021.110289.
  22. Bowen P.K., Shearier E.R., Shan Zhao, Guillory R.J., Feng Zhao, Goldman J., Drelich J.W. Biodegradable Metals for Cardiovascular Stents: from Clinical Concerns to Recent Zn-Alloys // Advanced Healthcare Materials. 2016. Vol. 5. № 10. P. 1121–1140. doi: 10.1002/adhm.201501019.
  23. Shi Zhang-Zhi, Gao Xi-Xian, Chen Hong-Ting, Liu Xue-Feng, Li Ang, Zhang Hai-Jun, Wang Lu-Ning. Enhancement in mechanical and corrosion resistance properties of a biodegradable Zn–Fe alloy through second phase refinement // Materials Science and Engineering: C. 2020. Vol. 116. Article number 111197. doi: 10.1016/j.msec.2020.111197.
  24. Yan Zhaoming, Zhu Jiaxuan, Zhang Zhimin, Wang Qiang, Xue Yong. 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.
  25. Мягких П.Н., Мерсон Е.Д., Полуянов В.А., Мерсон Д.Л. Зависимость процесса коррозии биорезорбируемого сплава ZX10 от структурных факторов и локального уровня pH // Frontier Materials & Technologies. 2023. № 2. С. 59–76. doi: 10.18323/2782-4039-2023-2-64-3.
  26. Vinogradov A., Merson E., Myagkikh P., Linderov M., Brilevsky A., Merson D. Attaining High Functional Performance in Biodegradable Mg-Alloys: An Overview of Challenges and Prospects for the Mg–Zn–Ca System // Materials. 2023. Vol. 16. № 3. Article number 1324. doi: 10.3390/ma16031324.
  27. Yao Caizhen, Wang Zichao, Tay See Leng, Zhu Tianping, Gao Wei. Effects of Mg on microstructure and corrosion properties of Zn–Mg alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 602. P. 101–107. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.03.025.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Абдрахманова Э.Д., Хафизова Э.Д., Поленок М.В., Нафиков Р.К., Корзникова Е.А., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах