鎂稀土合金是通過添加稀土元素,如Gd、Y、Nd等,利用其形成的高溫穩(wěn)定相,以及在鎂合金中的固溶度變化,通過固溶強化、彌散強化、時效沉淀強化及細(xì)晶強化來提高鎂合金的力學(xué)性能,特別是高溫力學(xué)性能,形成的高溫穩(wěn)定相在高溫條件下可有效釘扎合金顯微組織晶界,從而獲得遠(yuǎn)普通鎂合金的耐熱性能和使用溫度范圍。
常用鎂稀土合金的應(yīng)用:如WE43、VW94常用變形鎂合金,WE43室溫強度達340MPa,250℃高溫強度可達275MPa,主要用于衛(wèi)星支架、橫梁,導(dǎo)彈的殼體及艙內(nèi)結(jié)構(gòu)件等,中鋁輕研合金已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
直到今天,針對Mg合金的AM制造依然局限于非常少量的鎂合金系統(tǒng),如AZ系和ZK系以及稀土鎂合金。鎂合金的AM研究的發(fā)展的時間軸也表明:大多數(shù)的鎂合金AM制造集中在2010年以后,包括3D打印制造復(fù)雜形狀的具有特殊用途的生物器件。近的研究主要集中在AM制造WE43鎂合金棒上。WE43鎂合金棒 鎂合金是一種Mg-Y-RE系合金。對WE43鎂合金棒感興趣的原因在于合金中含大約4wt%的Y和3%的RE(一般是混合Nd、La和Ce,同時含小于0.5wt%的Zr,Zr的作用是細(xì)化晶粒)。含稀土鎂合金包括WE43鎂合金棒 和WE54, 具有提高室溫和高溫機械性能的能力(如拉伸和蠕變)。這一性能的提高是靠形成了熱穩(wěn)定性比較高的金屬相來實現(xiàn)的。與此同時,耐蝕性和鑄造時的合金耐熱性(燃點提高)也相應(yīng)的提高。
尤其是在近的關(guān)于研究SLM制造WE43鎂合金棒的顯微組織以及制造復(fù)雜形狀的WE43鎂合金棒的研究開始做增多。代研究SLM制造WE43的制造支架(指周期性的多孔結(jié)構(gòu)),并研究了在體液中的降解行為、機械性能和生物相容性。結(jié)果表明SLM制造的樣品呈現(xiàn)出骨替代物的為的替代物特征。制備塊體的WE43鎂合金棒時的顯微組織和機械性能并同鑄造狀態(tài)和粉末擠壓態(tài)相比較。SLM制造出的樣品拉伸強度較高。近的研究表明采用SLM制造的樣品并熱等靜壓WE43鎂合金棒,開展相應(yīng)的組織和性能研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱等靜壓之后可以進一步的提高SLM制品的致密度。同時打印和熱等靜壓的產(chǎn)品比傳統(tǒng)鑄造的WE43鎂合金棒的性能要好。
同時進一步的探討SLM制造鎂合金的工藝-顯微組織-腐蝕性能之間的關(guān)系。尤其是SLM制造鎂合金的腐蝕性能,直到今天,研究的尚不多。而鎂合金的腐蝕性能的研究是限制鎂合金應(yīng)用的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了充分發(fā)揮AM制造鎂合金的優(yōu)勢和發(fā)揮出鎂合金性能的優(yōu)勢,非常有必要采用AM技術(shù)制造鎂合金來彌補現(xiàn)階段的研究短板。因此,本文報道了SLM技術(shù)制造WE43鎂合金棒的顯微組織、電化學(xué)性能和腐蝕性能。相應(yīng)地?zé)岬褥o壓和熱處理后的顯微組織、電化學(xué)行為好腐蝕行為也進行了比較研究。
目前美國和歐盟都有很大投入,但都還沒有實用化。世界市場的技術(shù)現(xiàn)狀,德國開發(fā)的鎂合金WE43腳掌骨骨折固定壓縮螺釘,2013CE歐盟批準(zhǔn)上市。但WE43的強度劣與我們的材料,德國開發(fā)的醫(yī)用可降解高分子材料的強度,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我們的材料強度。同時,可降解高分子材料因副作用大,2017年開始,美國禁止使用。
我們的產(chǎn)品一旦通過了藥監(jiān)局的審批,因其優(yōu)于現(xiàn)在使用的傳統(tǒng)產(chǎn)品,國內(nèi)外各大醫(yī)院都會采用,市場營銷不會像工商業(yè)制品那樣艱難。相信人體常用的一系列的鎂合金植入器械(包括血管支架,脊髓固定部品等)前期投資,技術(shù)含量高,后期經(jīng)濟效益一定十分可觀。其產(chǎn)業(yè)化前景、在國內(nèi)外銷量都會相當(dāng)可觀。
WE43C試樣置于含不同Clˉ濃度的0.1 M NaOH溶液中,試樣電位變化情況如圖3所示。未進行熱處理的EV31A試樣在含80 ppm Clˉ的NaOH溶液中浸泡13天后斷裂失效,而在含100 ppm和200 ppm Clˉ的溶液中,試樣未發(fā)生斷裂,且在試樣彎曲區(qū)域(應(yīng)變區(qū)域)未發(fā)現(xiàn)任何裂紋。未進行熱處理的WE43C試樣在含80 ppm、100 ppm和200 ppm Clˉ的溶液中電位相近,試樣表現(xiàn)出相似的應(yīng)力腐蝕開裂抗性。當(dāng)溶液中不含Clˉ時,未進行熱處理的U型EV31A和WE43C試樣在0.1 M NaOH溶液中浸泡21天后,兩種合金的電位相近,表面存在穩(wěn)定的薄膜,未觀察到裂紋。Clˉ濃度增加,但合金對應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性并未發(fā)生明顯變化。因此,鎂稀土合金的環(huán)境腐蝕開裂行為由其表面膜層的穩(wěn)定性決定,在含80 ppm Clˉ的0.1 M NaOH溶液中的裂紋萌生與合金表面膜層的破裂和陽極溶解有關(guān),裂紋的擴展則可能受氫吸附誘導(dǎo)位錯發(fā)射機制影響。
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