可生物降解Zn-2Ag-0.04Mg合金生物相容性及体内骨再生能力的动物实验研究

目的:采用动物实验的方式,分析可生物降解Zn-2Ag-0.04Mg合金生物相容性及体内骨再生能力。方法:将30只实验兔随机均分为Zn支架组、Zn-2Ag支架组和Zn-2Ag-0.04Mg支架组(每组10只),建立兔股骨缺损模型后,分别使用不同材料的支架固定,术后6周及术后6个月,取出部分大白兔股骨,使用Micro-CT对股骨远端入口周围直径为3 mm的区域进行扫描和三维重建,分析支架体内成骨性能,使用X线观察局部骨缺损愈合情况,并观察股骨组织学情况。结果:入组实验兔实验中未出现异常行为及死亡现象,伤口均愈合良好,无感染及渗出情况出现;二维和三维显微CT结果显示,Zn-2Ag-0.04Mg支架组的新生骨明显多于Zn支架组,Zn-2Ag-0.04Mg合金支架组的骨体积更大(P<0.05);Zn-2Ag-0.04Mg支架组的成骨指数也高于Zn支架组(P<0.05);术后6个月时,Zn-2Ag-0.04Mg组的支架比Zn组或Zn-2Ag组小(P<0.05);肝脏、肾脏和心脏的HE染色未检测到任何异常,证实了Zn-2Ag-0.04Mg合金支架的生物安全性。结论:Zn-2Ag-0.04Mg支架具有良好的生物相容性和体内骨再生能力,具有较好的临床应用前景。

Mg对亚共晶Al-10Mg_(2)Si合金组织与力学性能的影响

研究了不同Mg含量对含10 mass%Mg_(2)Si的亚共晶Al-Mg-Si合金显微组织、拉伸性能和断裂行为的影响。结果表明:在合金中添加1.2~2.8 mass%的Mg能够减小初生α-Al枝晶的尺寸,适量的Mg明显地细化了合金中的Mg_(2)Si共晶相,并使其形貌由粗大的汉字状转变为短条状、颗粒状和纤维状。共晶Mg_(2)Si的细化归因于Mg原子团簇在其两侧的富集,抑制了共晶Mg_(2)Si的生长,促进了其生长方向的改变。适量的Mg的添加同时提高了合金的强度和塑性,添加2.8 mass%Mg的合金拉伸性能达到最高,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别由未添加Mg的232.4 MPa、150.4 MPa和1.5%增加到322.0 MPa、270.4 MPa和6.1%,分别提高了38.6%、79.8%和306.7%。未添加Mg的合金的断裂机制为脆性断裂,添加2.8 mass%Mg的合金的断裂机制转变为韧性断裂。

基于阴极沉积Mg(OH)_(2)薄膜的镁合金超疏水表面改性及其耐蚀性研究

为延长镁合金的使役寿命,通过阴极沉积和超疏水改性在ME20M稀土镁合金表面制备超疏水涂层,采用硬脂酸乙醇基溶液对阴极沉积Mg(OH)_(2)薄膜的镁合金进行化学修饰,通过单因素试验分别考察硬脂酸浓度、溶液温度、浸泡时间对表面润湿性的影响规律,确定最优修饰工艺。对典型试样,采用点滴实验、全浸腐蚀实验及现代电化学测试技术评估其耐蚀性,采用划格法评价膜/基结合力,采用SEM、FT-IR及XRD分析试样表面微观形貌及成分。结果表明:阴极沉积Mg(OH)_(2)薄膜经低浓度硬脂酸溶液短暂浸泡即可获得超疏水性,蒸馏水静态接触角SCA高达151.5°,滚动角SA低至1.0°,呈低黏性。阴极沉积/疏水改性复合处理可显著改善镁合金的耐蚀性,与空白试样相比,复合处理试样的点滴液变色时间延长近25倍,在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度Jcorr降低3个数量级,特征阻抗模值|Z|_(0.1 Hz)提高4个数量级。经疏水处理的阴极沉积Mg(OH)_(2)薄膜呈刀片状微纳结构,试样的红外光谱中出现明显的-CH_(3)和-CH_(2)-吸收峰。

Mg_(3)Sb_(2)合金中Mg空位对电子传输性能的影响

Mg_(3)Sb_(2)基合金因具有极低的本征晶格热导率而成为极具潜质的中温区热电材料之一,但其较低的载流子浓度和电导率是目前亟待解决的问题,除了常用的元素掺杂外,有望通过引入Mg空位来提高合金的p型传输倾向,从而成为解决这一问题的有效方法。基于此,本工作采用第一性原理计算方法对不同位置Mg的空位形成能和电子结构等参数进行了计算。由结果可知,Mg1位的Mg 2+阳离子空位更容易形成,且空位含量最高可达0.05,Mg空位的存在也有利于禁带中的Fermi能级向价带方向偏移,使得载流子浓度大幅提升。利用定向凝固方法制备了相同成分的合金并对其热电性能参数进行了测试,所得的电子传输性能变化趋势与计算预测结果一致,Mg 2.975 Sb_(2)合金的电导率和功率因子最大值分别为110 S·cm^(-1)和1.89 W·m^(-1)·K^(-1)。此外,Mg空位的存在导致的点缺陷也有利于声子的散射和晶格热导率的降低,使得780 K时Mg 2.975 Sb_(2)合金的最高热电优值达到0.49。本工作通过对Mg空位的调控使p型Mg_(3)Sb_(2)合金的电子传输性能得到提升,同时也为此类合金的热电性能优化提供了新的思路。

Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金组织及性能的影响

采用原位生成法制备了Al-Nb-B中间合金,主要研究了Al-Nb-B中间合金的组织,以及Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的组织和室温拉伸性能的影响。结果表明,Al-Nb-B中间合金主要含有NbB2、Al3Nb两种颗粒。Al-Nb-B中间合金可以细化Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中的α-Al晶粒,并减小二次枝晶间距,进而提高合金的室温拉伸性能。当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时,α-Al晶粒平均尺寸为128.4μm,二次枝晶间距为11.67μm,相较于基体合金分别减小21.5%和32.3%。随着Al-Nb-B中间合金添加量的增加,Al-Si合金的抗拉强度呈逐渐上升的趋势,当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时,Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的抗拉强度为237 MPa,相较于基体合金增加10.7%。通过断口形貌分析可知,Al-Si合金断裂方式为脆性断裂,断裂机理为解理断裂。

机械合金化对Mg_2Ni相形成的影响

用两步法 (即由机械合金化和压制烧结两个步骤组成 )制备了Mg2 Ni合金。实验证明 :混合粉经机械合金化后 ,晶粒细化 ,增加了固态扩散的能力 ,有利于固相反应进行 ,使Mg2 Ni产率明显提高。不同温度烧结处理的结果表明 :烧结温度是影响Mg2 Ni相形成的重要因素 ,烧结温度达到 843K ,Mg Ni粉基本能完全转变为Mg2 Ni相。

Mg_2Ni纳米晶储氢材料的机械合金化制备工艺研究

利用机械合金化方法制备了Mg2 Ni纳米晶粉末 ,根据不同球磨参数下样品的X射线衍射结果 ,分析了球磨过程中相组成、粉末晶粒度等的变化 ,研究了球磨时间、球磨转速、过程控制剂等工艺条件对粉末晶粒度、机械合金化程度的影响。结果表明 :在较高的转速下进行循环变速运行并加入合适的过程控制剂可以使生成Mg2 Ni的时间提前 ,完全合金化的过程缩短 ,得到的Mg2 Ni晶粒度为 10nm左右。对Mg2 Ni纳米晶粉末进行了初步的贮氢性能研究 ,结果表明 :机械合金化制备的样品在室温下即可吸氢 ,贮氢性能较之传统材料有较大改善。

铝合金中Mg2Si相的时效析出过程

描述了Al-Mg-Si/Al-Si-Mg系合金时效析出的一般序列为α-sss→GP区→β″→β′→β(Mg2Si),总结了在析出序列中可能出现的各亚稳相的晶体结构模型,讨论了各阶段析出相的形成或转变过程及其强化作用;并就过量的Si、Cu、大塑性变形等对析出相的影响作了探讨。

合金元素对Mg-Al-Si系镁合金中Mg_2Si相形貌影响的研究进展

合金化和微合金化作为变质Mg-A1-Si系镁合金中汉字状Mg2Si相的一种工艺手段,目前已引起国内外的广泛关注和高度重视,并对此开展了大量的研究。本文综述了合金元素变质Mg-Al-Si系耐热镁合金中汉字状Mg2Si相的研究进展,尤其是Al、Si、Sb、Ca、P、RE和Sr等合金元素对汉字状Mg2Si相形貌的影响及其变质机理,指出了目前还存在的问题,并对今后的发展进行了展望。

掺Cr纳米晶Mg_2Ni合金的气态储氢性能

纳米晶Mg2 Ni1-xCrx(x =0 ,0 .1,0 .2 ,0 .3)合金由纯Mg、Ni、Cr粉在 5 0 0℃经 3h烧结后机械球磨而成。在 2 10℃吸氢、2 5 0℃放氢的条件下 ,添加Cr后合金的最大吸放氢量明显提高 ;纳米Mg2 Ni0 .8Cr0 .2 合金的气态储氢量和吸氢动力学性能较好 ,第一次放氢量就达到 3.0 % ,并且循环稳定性良好 ,吸氢后生成Mg2 NiH4 、Mg2 NiH0 .2 4 相。纳米Mg2 Ni0 .7Cr0 .3 合金的放氢量在不经过活化的条件下便达到最大值 ,然而循环稳定性差 ,这是由于循环过程中有MgH2

Sn合金化MgZn_2相及Mg_2Sn相结构稳定性的第一原理研究

采用基于密度泛函理论CASTEP和DMol程序软件包,从合金形成热、结合能、热力学性能和电子结构等方面,研究Sn合金化MgZn2相及Mg2Sn相的结构稳定性,探讨Sn合金化改善ZA62镁合金抗蠕变性能的机理。结果表明:当Sn和Al分别置换ZA62镁合金中MgZn2相的Zn(Ⅰ)和Zn(II)原子时,仅Sn与Al置换的MgZn2相中Zn(Ⅰ)原子能形成稳定的MgZn2固溶体结构,而Sn在MgZn2相中的固溶量有限;与合金化形成的固溶体结构相比,其稳定性比未合金化时的弱,而析出的第二相金属间化合物Mg2Sn的结构比MgZn2的更稳定。而不同温度下热力学性能的计算结果表明:合金体系中形成了结构稳定性强的Mg2Sn,其结构稳定性在温度373～473K的范围内并不因温度的升高而消失,仍比MgZn2的高;由于ZA62镁合金体系中形成了高热稳定性的Mg2Sn相,Sn合金化有利于ZA62镁合金抗蠕变性能的提高。电子态密度和Mulliken电子占据数的分析结果表明:与MgZn2、Mg2AlZn3及Mg2SnZn3固溶体相比,热稳定性强的Mg2Sn相形成的主要原因在于Mg2Sn体系中存在强烈的离子键与共价键的共同作用。

Sb对Mg-4Al-2Si合金显微组织和力学性能的影响

研究了合金元素Sb对Mg-4Al-2Si合金显微组织和力学性能的影响。结果表明，加入少量的Sb（0．25％～0．75％）能有效细化汉字状Mg2Si相颗粒和α（Mg）基体组织，并在合金中形成Mg1Sb2相，提高合金的力学性能：当Sb含量为0．25％时，Mg2Si颗粒显著细化；当Sb含量为0．75％时，α（Mg）基体组织的细化效果最佳，形成了细小、均匀的α（Mg）等轴晶组织，此时合金的抗拉强度和屈服强度达到最大值；当Sb含量大于0．75％时，Mg2Si相颗粒向晶界大量偏聚并粗化，导致材料力学性能迅速下降。

新型倾斜板技术制备半固态AlSi6Mg2合金及触变成形

采用自制的波浪型倾斜板技术装置,对制备半固态AlSi6Mg2合金坯料及触变成形进行研究。结果表明,采用波浪型的倾斜板可制备组织性能优良的半固态合金坯料,坯料由细小的球形晶和少量玫瑰晶组成。在本试验条件下,制备AlSi6Mg2半固态坯料的浇注温度范围为660-680℃。在坯料二次加热温度为597℃,保温90min,模具预热温度为400℃,保温120min的试验条件下,可得到表面光洁、组织优良的成品制件。触变压铸时,液相流动成为主要的变形方式,制品上部由于液相偏聚,对应的硬度较低,下部由于固相的微塑性变形,对应的硬度较高。

银和铝对Mg_2Ni合金储氢性能的影响

用氢化燃烧法合成Mg2-xAgxNi(x=0.05,0.1,0.2,0.5)和Mg2-xAlxNi(x=0,0.1,0.2,0.5)。PCT结果说明合成的Mg Ni Ag和Mg Ni Al储氢合金材料具有很高的活性和理想的储氢性能。对两个体系的PCT结果分别进行计算,得出温度和氢平衡压的关系式。在423K时Mg1.8Ag0.2Ni在5min之内的放氢量为2.14%/min(质量分数);Mg1.5Al0.5Ni在α+β相区的吸氢速率为4.88%/min(质量分数),放氢速率为1.26%/min(质量分数)。用XRD方法进行物相分析表明:添加少量银没有改变Mg2Ni的结构;添加铝却改变了Mg2Ni的结构,使储氢合金材料的储放氢动力学性能均得到改善。

Mg-4Al-2Si合金固溶处理过程中Mg_2Si相颗粒的球状化

实验研究了Mg-4Al-2Si合金固溶处理过程中汉字状Mg2Si相颗粒的球化现象及其工艺参数对球化的影响。结果发现:Si沿Mg/Mg2Si界面扩散,使粗大的汉字状Mg2Si颗粒发生部分溶断,并依靠自发球化的趋势通过向未溶的粒状Mg2Si扩散聚集完成球化;最佳球化工艺为420℃保温16h。

往复挤压Mg-4Al-2Si合金的高温拉伸性能

利用往复挤压制备细晶Mg-4Al-2Si合金,采用OM、XRD和SEM分析合金组织,在150℃和1.33×10-3s-1初始应变速率下测试合金的拉伸性能。结果表明:铸态组织由α-Mg、β-Mg17Al12、共晶型汉字状Mg2Si和少量初生块状Mg2Si组成。经过8道次往复挤压后,α-Mg和Mg2Si颗粒的尺寸分别为2.1和1.3μm,高温抗拉强度、屈服强度、伸长率和拉伸强度保持率分别为250MPa、197MPa、62%和88%。优良的高温性能归因于细小的基体组织和稳定的Mg2Si颗粒对晶界的有效钉扎作用。

Ce、Y、Sb对Mg-9Al-6Si合金中Mg2Si相形貌的影响

细化镁合金中的硅化镁(Mg2Si)相,并使其均匀弥散可有效改善合金力学性能。考查Ce、Y和Sb变质对铸态Mg-9Al-6Si镁合金(质量百分比)中Mg2Si相组织形貌及其尺寸的影响。结果表明,经过变质后,合金中的Mg2Si相由粗大树枝状变为小块状和枝晶状,且分布趋于均匀。Mg2Si枝晶的一次,二次轴长及枝晶间距都减小。Ce对Mg2Si相的细化效果最好,组织中块状Mg2Si相小而多。Mg2Si相的生长前沿的Ce、Y和Sb和它们的化合物,如Al11Ce3、Al2Y和Mg3Sb2相,有效地抑制了Mg2Si的异向生长,阻碍其长大,因此导致Mg2Si相细化。

Mg_2Ni型合金与AB_5型稀土储氢合金纳米复合对电极性能的影响

对由两步法 (由机械合金化和烧结两个步骤组成 )制备的Mg2 Ni型储氢合金进行高能球磨处理 ,然后对球磨后的Mg2 Ni合金粉进行化学镀及与AB5型合金进行复合等处理。利用X射线衍射 (XRD)、扫描电镜(SEM)分析了经过处理的材料的微观结构 ,并用模拟电池法测定了该材料的电极性能 ,并讨论了化学镀和与AB5型储氢合金复合等因素对Mg2

稀土Ce对过共晶Mg-Si合金中初生Mg_2Si相变质的影响

利用Mg-20%(质量分数,下同)Ce中间合金对过共晶Mg-Si合金进行变质处理,研究了Ce加入量对该合金中初生Mg2Si相变质效果(主要是形态)的影响规律,并讨论其变质机制。研究结果表明:当加入量达到并超过0.4%以后,稀土Ce可有效变质过共晶Mg-Si合金中的初生Mg2Si相,其形态由粗大树枝晶转变为具有非规则外形的颗粒,且随Ce加入量增加到2.0%,Ce对初生Mg2Si相的变质均未产生明显的过变质现象。变质机理应主要与稀土元素富集于Mg2Si相生长表面并抑制优先生长晶向的生长有关。