采用高压固溶制备具有均匀腐蚀行为的高强度抗菌Zn-4Ag-Mn合金

采用高压固溶(HPS)法制备Zn-4Ag-Mn合金,获得高强度、可均匀降解、抗菌的植入材料。显微组织表征表明,HPS处理使Zn-4Ag-Mn合金晶粒比铸态(AC)合金的细化57.9%,其第二相平均尺寸减小到10.2μm。压缩、维氏硬度和磨损摩擦试验表明,HPS合金具有较高的力学性能,抗压屈服强度为333.5MPa,维氏硬度为Hv 89.5。电化学腐蚀和浸泡腐蚀试验表明,HPS处理优化合金的耐蚀性,使其腐蚀均匀。此外。经抗菌实验测试,HPS处理的Zn-4Ag-Mn合金具有优异的抗菌性能,抗菌率为71.6%。这些结果表明,HPS处理的Zn-4Ag-Mn是一种很有前途的生物可降解植入材料。

Role of heterogenous microstructure and deformation behavior in achieving superior strength-ductility synergy in zinc fabricated via laser powder bed fusion

Zinc(Zn)is considered a promising biodegradable metal for implant applications due to its appropriate degradability and favorable osteogenesis properties.In this work,laser powder bed fusion(LPBF)additive manufacturing was employed to fabricate pure Zn with a heterogeneous microstructure and exceptional strength-ductility synergy.An optimized processing window of LPBF was established for printing Zn samples with relative densities greater than 99%using a laser power range of 80∼90 W and a scanning speed of 900 mm s−1.The Zn sample printed with a power of 80 W at a speed of 900 mm s−1 exhibited a hierarchical heterogeneous microstructure consisting of millimeter-scale molten pool boundaries,micrometer-scale bimodal grains,and nanometer-scale pre-existing dislocations,due to rapid cooling rates and significant thermal gradients formed in the molten pools.The printed sample exhibited the highest ductility of∼12.1%among all reported LPBF-printed pure Zn to date with appreciable ultimate tensile strength(∼128.7 MPa).Such superior strength-ductility synergy can be attributed to the presence of multiple deformation mechanisms that are primarily governed by heterogeneous deformation-induced hardening resulting from the alternative arrangement of bimodal Zn grains with pre-existing dislocations.Additionally,continuous strain hardening was facilitated through the interactions between deformation twins,grains and dislocations as strain accumulated,further contributing to the superior strength-ductility synergy.These findings provide valuable insights into the deformation behavior and mechanisms underlying exceptional mechanical properties of LPBF-printed Zn and its alloys for implant applications.

Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂对Zn−Al共析合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响

制备一种新型Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂,并系统研究其对锌铝共析(ZA22)合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响。结果表明,该孕育剂对ZA22合金中的α相具有显著的细化作用(α相最低可被细化至约16μm),并可使得α相的形貌从粗大枝晶状转变为细小花瓣状。通过边−边匹配晶体学模型(E2EM)建立孕育剂中CeB_(6)和NbB_(2)颗粒与α相之间的位向关系(ORs),并基于该E2EM模型揭示孕育剂对ZA22合金的细化机理。与未细化ZA22合金相比,孕育细化ZA22合金的高温阻尼性能,特别是逆共析转变阻尼峰得到显著提升。此外,孕育细化ZA22合金的室温拉伸力学性能也得到了显著提高,具有最佳细化效果的ZA22合金的抗拉强度和伸长率分别比未细化ZA22合金的高18.56%和119.04%。对相关机理进行了讨论。

医用可降解Zn-Sn-Cu合金的力学及腐蚀性能研究

可生物降解锌及其合金具有良好的生物相容性和降解速率,在生物医用材料领域具有广阔的应用前景。但纯锌的力学性能不足,如强度低、可塑性差,限制了其临床应用。在此,采用重力铸造制备了新的三元Zn-3Sn-x Cu(x=0,1,2,3wt%)合金,旨在通过与铜(Cu)的微合金化来获得良好的耐腐蚀性和生物相容性,并提高力学性能。通过金相分析、拉伸试验、显微硬度测试以及电化学和浸泡试验,分析其微观结构、力学性能及耐蚀性能。结果表明,Cu的加入,使得合金具有更高的强度和硬度;体外降解试验表明:Zn-3Sn-x Cu(x=0,1,2,3wt%)合金的降解速率较Zn-3Sn合金有较幅的提升,满足可降解医用材料的标准,有望成为一种新型可降解医用材料。

X射线荧光光谱法测定锌合金中铜和铝的含量

建立了一种通过X射线荧光光谱法测定锌合金中铜、铝含量的方法,并利用整套锌合金标准样品建立了标准曲线,优化了仪器条件,采用经验系数法对基体效应进行了校正。对参与曲线建立的标准品进行测定,测定值的相对标准偏差为铜0.4%、铝0.04%;对未参与曲线建立的标准品进行7次测定,测定结果的平均值与认定值的差值绝对值铝为0%、铜为0.03%,均小于现行国家标准方法的重复性限。

生物可降解锌基合金的研究进展

生物可降解金属材料由于其良好的机械性能、生物相容性和生物降解能力,已逐渐成为应用研究领域的热点。锌作为参与人体系统各项工作的元素之一,在新陈代谢中扮演着关键角色,具有适宜的降解速率,因此,在骨折固定、血管支架等领域展现出了良好的应用前景。本研究对可降解锌基合金的生理学优势和机械性能进行了总结,并对其耐腐蚀性能进行了体外研究与体内研究的综合分析。

Effect of solidification cooling rate on microstructure and tribology characteristics of Zn-4Si alloy

The main objective of this work was to modify the microstructure and enhance the tribological properties of a new Zn-4Si al-loy through a high solidification cooling rate(SCR).According to the results,by increasing the SCR from 2.0 to 59.5℃/s the average size of primary Si particles and that of the grains reduced from 76.1 and 3780μm to less than about 14.6 and 460μm,respectively.Augment-ing the SCR also enhanced the microstructural homogeneity,decreased the porosity content(by 50%),and increased the matrix hardness(by 36%).These microstructural changes enhanced the tribological behavior.For instance,under the applied pressure of 0.5 MPa,an in-crease in the SCR from 2.0 to 59.5℃/s decreased the wear rate and the average friction coefficient of the alloy by 57%and 23%,respect-ively.The wear mechanism was also changed from the severe delamination,adhesion,and abrasion in the slowly-cooled alloy to the mild tribolayer delamination/abrasion in the high-cooling-rate-solidified sample.

Machine learning design of 400 MPa grade biodegradable Zn-Mn based alloys with appropriate corrosion rates

The commonly used trial-and-error method of biodegradable Zn alloys is costly and blindness.In this study,based on the self-built database of biodegradable Zn alloys,two machine learning models are established by the first time to predict the ultimate tensile strength(UTS)and immersion corrosion rate(CR)of biodegradable Zn alloys.A real-time visualization interface has been established to design Zn-Mn based alloys;a representative alloy is Zn-0.4Mn-0.4Li-0.05Mg.Through tensile mechanical properties and immersion corrosion rate tests,its UTS reaches 420 MPa,and the prediction error is only 0.95%.CR is 73μm/a and the prediction error is 5.5%,which elevates 50 MPa grade of UTS and owns appropriate corrosion rate.Finally,influences of the selected features on UTS and CR are discussed in detail.The combined application of UTS and CR model provides a new strategy for synergistically regulating comprehens-ive properties of biodegradable Zn alloys.

Dependence of microstructure and mechanical properties on solidification condition of directionally solidified Zn-55Al-1.6Si alloys

In this study,directional solidification was utilized to explore the relationship between microstructure,mechanical properties,and withdrawal speeds of Zn-55Al-1.6Si alloys.In order to assess the characteristics of Zn-55Al-1.6Si alloys,both the microstructure and mechanical properties were thoroughly analyzed.This involved conducting room temperature tensile tests on samples with different withdrawal speeds(5,10,100,200,and 400μm·s^(-1)).The results reveal that both the as-cast alloy and samples after directional solidification are composed of zinc,aluminum,and silicon phases.As the withdrawal speed increases,an evident decrease in the size of the primary dendrites is observed.The results of tensile experiments show that Zn-55Al-1.6Si alloys after directional solidification exhibit brittle fracture characteristics,both the tensile strength and elongation of the alloys increase with withdrawal speed.

ZA27合金的微观组织

用SEM和TEM对金属型铸造并经 18个月自然时效的ZA2 7合金的微观组织进行了观察。结果表明 :ZA2 7合金凝固的初生相为富Al的树枝状α′相 ,随后在α′相周围形成一层富Zn的包晶 β相 ,最后剩余液体发生共晶反应 ,共晶 β优先依附于包晶 β相形核、长大 ,而共晶 η则在包晶 β相间形成一层薄膜 ,在有些区域则形成棒状共晶组织 ;在随后的冷却及时效过程中 ,β发生胞状分解形成规则的共析α +η层片组织或不规则的复杂形状组织 ,共析胞以共晶 η相为基形核 ,并向枝晶中心生长 ,使α′相也分解为层片α +η组织 ,当其生长被α′中心的连续分解所阻挡时 ,致使其芯部形成细小的α +η颗粒组织 ;富Cu的ε相存在于所有

铝、铜、镁对铸态锌基合金组织和阻尼性能的影响

研究了铝、铜、镁等合金化元素对铸态锌基合金组织和室温下阻尼性能的影响， 利用悬臂梁法测试了合金的阻尼性能。结果表明， 锌铝二元合金随铝含量增加， 初生α相增多， 共晶体逐渐减少直至消失。镁、铜等合金元素对Ｚｎ２７ ％ Ａｌ 合金α相的大小和分布无大的影响。镁、铜可固溶于基体中， 当其含量较高时， 分别在组织中形成ＭｇＺｎ２ 化合物和ＣｕＺｎ５ 化合物， 分布于晶界。铝含量在６ ％ ～６０ ％ 范围内的锌铝合金在铸态下均具有高的阻尼能力； 铜、镁等合金化元素的加入降低了Ｚｎ２７ ％ Ａｌ合金的阻尼性能。ＺｎＡｌ 系合金的高的阻尼性能是在外部的交变应力作用下， 晶界和相界间的粘滞性滑动以及α相发生局部的微塑性变形，

Ce对Zn-Al合金组织性能的影响

研究了Ｃｅ对ＺｎＡｌ合金（ＺＡ２７、ＺＡ４３）的力学性能、淬火时效特性及耐磨性的影响。结果表明，Ｃｅ能明显细化合金的铸态组织，提高其强度和塑性。当ＺＡ２７和ＺＡ４３中含Ｃｅ量分别为０．１０％和０．１５％时，获得最佳的力学性能。提出了Ｃｅ细化ＺｎＡｌ合金的机理，加Ｃｅ后成分过冷效应所引起的枝晶熔断脱落对细化α相起主要作用。

锌基-结晶硅、陶瓷粒子复合材料的组织与性能

本文研究了用流变铸造工艺制造的锌基—结晶硅,陶瓷粒子复合材料的组织、凝固特点、力学性能,热膨胀系数及摩擦磨损特性。研究发现,SiC粒子可作为高铝锌基合金的初生相的形核衬底,分布在晶内并可细化晶粒;硅粒子的分布与合金的结晶特性有关。而Al_2O_3粒子分布在晶界,对初生相有粗化趋势。也研究了粒子对锌基合金力学性能的影响,发现合金抗拉强度略有下降,硬度提高,粒子含量适当时延伸率及韧性提高。加入粒子后锌基合金热膨胀系数减小,耐磨性明显提高,从而使其能更好的满足模具,轴承材升的要求。

脉冲电流对铸造ZA27合金中缩孔和疏松的影响

在砂型铸造ZA2 7合金的凝固过程中用脉冲电流进行处理 ,结果表明这种处理方法可以提高铸件的致密性 ,大大减少铸件中的缩孔和疏松。脉冲电流处理后铸件密度增加 2 .5 %。

Zn-Al合金在长江水中的耐蚀性研究

研究了Zn、Al及Zn -Al合金在不同温度条件下的长江水和自来水中的腐蚀性能及电极电位变化规律 ;同时对锌、铝、锌铝合金在长江水和自来水中的平均腐蚀率进行了测定 .结果表明 :不论是在长江水、自来水中 ,Al很容易产生孔蚀 ,防腐性能较差 .Zn的腐蚀率太高 ,而Zn -Al合金电极电位和腐蚀率都较低 ,耐蚀性能最好 .

ZA27-4%Si合金的阻尼性能及阻尼机理

利用低频内耗测试技术研究了ZA2 7 4 %Si合金的阻尼性能 ,分析了合金的阻尼机理。结果表明 :ZA2 7 4 %Si合金阻尼随频率增大而减小 ,随温度升高而增大 ,阻尼不随应变振幅的变化而变化 ;ZA2 7 4 %Si合金室温阻尼为 5 .83× 10 -3 ,与ZA2 7合金阻尼相当 ;ZA2 7 4 %Si合金的阻尼是由合金内部的晶界和相界面滑动、位错振动以及各相的热膨胀系数和弹性模量间差造成的微塑性变形共同造成的。硅合金化的ZA2 7合金具有良好耐磨减摩性能和减振性能。

过饱和ZAC27合金的阻尼性能与组织演变

研究了过饱和ZAC2 7合金在自然时效过程中的组织演变与其阻尼性能的关系。过饱和ZAC2 7合金时效1d后 ,组织中出现了大量的 η相、α相和少量的ε相。随时效时间的延长 ,η相、α相和ε相的量越来越多 ,时效 10d后 ,β相已分解完全并消失。此后各相进一步粒化、聚集 ,在 5 0d后形成了较粗大的、由近似等轴的短棒状的α相、η相和ε相组成的平衡组织。过饱和ZAC2 7合金在自然时效过程初期 ,阻尼性能迅速而明显地提高 ,在时效第 10d时声频阻尼性能达到最高值 ,约为 7× 10 -3 ;随后阻尼性能缓慢下降 ,5 0d后基本稳定不变 ,稳定后的阻尼性能约为4× 10 -3 。过饱和ZAC2 7合金的阻尼来源于界面阻尼和位错阻尼 ,η相和ε相从过饱和ZAC2 7合金中的脱溶以及溶质原子和淬火空位与位错的交互作用是过饱和ZAC2 7合金阻尼性能产生变化和提高的主要原因。ZAC2 7合金均匀化热处理及自然时效是一种很好的提高阻尼性能的热处理工艺。

挤压铸造ZA-27合金的组织与性能

研究了挤压ＺＡ－２７合金的组织与性能。压力下凝固，可大大减少ＺＡ－２７合金的缩松缺陷，提高合金致密度，细化和改善组织，减轻枝晶偏析，使塑性显著提高。抑制α和β相的分解，尤其是β相的过饱和是强度提高的主要原因；此外，α和β相的分解也影响着合金的塑韧性。

Ce对ZA43合金组织和性能的影响

研究了Ｃｅ对高铝锌合金（ＺＡ４３）组织性能及淬火－时效过程的影响。确认加Ｃｅ处理后，ＺＡ４３合金中含有Ｃｅ化合物的存在，并分析测定了含Ｃｅ化合物的化学成分。在此基础上提出了Ｃｅ细化ＺＡ４３合金α相机理：加Ｃｅ后成分过冷效应所引起的枝晶分枝熔断脱落对细化α相起主要作用。

锌及锌铝合金研究及应用现状

分析锌的世界消费结构,综述锌及锌铝合金的研究及应用状况,介绍锌及锌铝合金电极材料、纳米材料、复合材料、涂层材料等研究热点。