VLIYaNIE ROTATsIONNOY KOVKI NA STRUKTURU, MEKhANIChESKIE I FUNKTsIONAL'NYE SVOYSTVA ChISTOGO TsINKA I SPLAVA Zn-1%Mg-0,1%Dy

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проведено исследование микроструктуры, механических свойств, коррозионной стойкости и биосовместимости in vitro чистого цинка и сплава Zn-1%Mg-0,1%Dy (мас.%) до и после ротационной ковки (РК). После РК при 200 оC в чистом цинке формируется частично рекристаллизованная структура с размером зерна ~20 мкм, а в сплаве Zn-1%Mg-0,1%Dy в структуре образуются зерна a-Zn, вытянутые вдоль направления ковки, а также глобулярные частицы фаз Mg2Zn11 и MgZn2. Формирование частично рекристаллизованной микроструктуры обеспечило повышение прочности oв чистого цинка с 44+-7 до 96+-1 МПа и одновременно пластичности B с 6,2+-1,3 до 20,2+-2,8%. Для сплава Zn-1%Mg-0,1%Dy после РК также отмечено увеличение предела прочности (с 132+-18 до 223+-16 МПа) и относительного удлинения (с 0,8+-0,5 до 5,8+-1,1%). При этом РК не приводит к изменению потенциала коррозии исследуемых материалов, но ускоряет коррозию чистого цинка и замедляет коррозию сплава Zn-1%Mg-0,1%Dy. Биосовместимость сплава Zn-1%Mg-0,1%Dy после РК не ухудшалась, а биосовместимость чистого цинка после обработки стала лучше, что снижает риск его цитопатогенного воздействия при длительном контакте образцов с кровью. В целом комбинация легирования чистого цинка магнием и диспрозием с ротационной ковкой позволяет существенно повысить его прочность и коррозионную стойкость без ухудшения биосовместимости.

References

  1. Yuan, W. A review on current research status of the surface modification of Zn-based biodegradable metals / W. Yuan, D. Xia, S. Wu, Y. Zheng, Z. Guan, J.V. Rau // Bioactive Mater. 2022. V.7. P.192—216.
  2. Chen, K. Feasibility, challenges and future prospects of biodegradable zinc alloys as orthopedic internal fixation implants / K. Chen, X. Gu, Y. Zheng // Smart Materials in Manufacturing. 2024. V.2. Art.100042.
  3. Luqman, M. Grain refinement mechanism and its effect on mechanical properties and biodegradation behaviors of Zn alloys : A review / M. Luqman, Y. Ali, M.M.Y. Zaghloul, F.A. Sheikh, V. Chan, A. Abdalhay // J. Mater. Res. Techn. 2023. V.24. P.7338—7365.
  4. Kabir, H. Recent research and progress of biodegradable zinc alloys and composites for biomedical applications : Biomechanical and biocorrosion perspectives / H. Kabir, K. Munir, C. Wen, Y. Li // Bioactive Mater. 2021. V.6. Is.3. P.836—879.
  5. Tong, X. Microstructure, mechanical properties, biocompatibility, and in vitro corrosion and degradation behavior of a new Zn-5Ge alloy for biodegradable implant materials / X. Tong, D. Zhang, X. Zhang [et al.] // Acta Biomaterialia. 2018. V.82. P.197—204.
  6. Huang, Z. Achieving high-strength nanocrystalline WE43 Mg alloy by a combination of cold rotary swaging and aging treatment / Z. Huang, C. Liu, S. Jiang, H. Xiao, X. Chen, Y. Wan, G. Zeng // Vacuum. 2022. V.197. Art.110840.
  7. Naydenkin, E.V. Structural-phase state and mechanical properties of -titanium alloy produced by rotary swaging with subsequent aging / E.V. Naydenkin, I.P. Mishin, O.V. Zabudchenko, O.N. Lykova, A.I. Manisheva // J. Alloys Comp. 2023. V.935. №1. Art.167973.
  8. Kuncicka, L. Structural phenomena introduced by rotary swaging : A review / L. Kuncicka // Materials. 2024. V.17. Art.466.
  9. Martynenko, N. Effect of rotary swaging on mechanical and operational properties of Zn-1%Mg and Zn-1%Mg-0,1%Ca alloys / N. Martynenko, N. Anisimova, G. Rybalchenko, O. Rybalchenko, V. Serebryany, M. Zheleznyi, M. Shinkareva, A. Gorbenko, D. Temralieva, E. Lukyanova, A. Sannikov, A. Koltygin, M. Kiselevskiy, V. Yusupov, S. Dobatkin // Metals. 2023. V.13. Art.31386.
  10. Ding, F. Strengthening mechanism of rotary-forged deformable biodegradable Zn-0,45Li alloys / Y. Zhang, X. Zhu, P. Guo, L. Yang, Q. Zhang, C. Xu, W. Sun, Z. Song // Materials. 2023. V.16. Art.3003.
  11. Kostova, I. Synthesis, characterization and cytotoxic/ cytostatic activity of La(III) and Dy(III) complexes / I. Kostova, T. Stefanova // J. Trace Elements in Medicine and Biology. 2010. V.24. Is.1. P.7—13.
  12. Feyerabend, F. Evaluation of short-term effects of rare earth and other elements used in magnesium alloys on primary cells and cell lines / F. Feyerabend, J. Fischer, J. Holtz, F. Witte, R. Willumeit, H. Drьcker, C. Vogt, N. Hort // Acta Biomaterialia. 2010. V.6. Is.5. P.1834—1842.
  13. Martynenko, N. Bioactivity features of a Zn-1%Mg-0,1%Dy alloy strengthened by equal-channel angular pressing / N. Martynenko, N. Anisimova, M. Shinkareva, O. Rybalchenko, G. Rybalchenko, M. Zheleznyi, E. Lukyanova, D. Temralieva, A. Gorbenko, A. Raab, N. Pashintseva, G. Babayeva, M. Kiselevskiy, Sergey Dobatkin // Biomimetics. 2023. V.8. Art.408.
  14. ASTM G59—97(2003) ; Standard test method for conducting potentiodynamic polarization resistance measurements. — [S.l.] : ASTM International : West Conshohocken, PA, USA, 2006.
  15. Martynenko, N. Improved mechanical properties of biocompatible Zn-1,7%Mg and Zn-1,7%Mg-0,2%Zr alloys deformed with high-pressure torsion / N. Martynenko, N. Anisimova, N. Tabachkova, G. Rybalchenko, I.Shchetinin, O. Rybalchenko, M. Shinkareva, D. Prosvirnin, E. Lukyanova, D. Temraliva, A. Koltygin, M. Kiselevskiy, S. Dobatkin // Metals. 2023. V.13. Is.11. Art.1817.
  16. Liu, S. Dynamic recrystallization of pure zinc during high strain-rate compression at ambient temperature / D. Kent, H. Zhan, N. Doan, M. Dargusch, G. Wang // Mater. Sci. Eng. : A. 2020. V.784. Art.139325.
  17. Поленок, М.В. Влияние интенсивной пластической деформации на механические свойства чистого цинка / М.В. Поленок, Э.Д. Хафизова, Р.К. Исламгалиев // Frontier Mater. Techn. 2022. Т.3—2. C.25—31
  18. Lou, D. Textural evolution and improved ductility in Zn-0,2Mg-0,8Mn (wt%) alloys at different extrusion temperatures / D. Lou, L. Wang, Y. Ren, H. Li, G. Qin // J. Alloys Comp. 2021. V.860. Art.158530.
  19. Zhuo, X. A high-strength and high-ductility Zn-Ag alloy achieved through trace Mg addition and ECAP / X. Zhuo, L. Zhao, H. Liu, Y. Qiao, J. Jiang, A. Ma // Mater. Sci. Eng. : A. 2023. V.881. Art.145381.
  20. Liu, S. Effects of deformation twinning on the mechanical properties of biodegradable Zn-Mg alloys / S. Liu, D. Kent, N. Doan, M. Dargusch, G. Wang // Bioactive Mater. 2019. V.4. P.8—16.
  21. Liu, H. Evolutions of CuZn and Mg phases during ECAP and their impact on mechanical properties of Zn-Cu-Mg alloys / H. Liu, L. Ye, K. Ren, C. Sun, X. Zhuo, K. Yan, J. Ju, J. Jiang, F. Xue, J. Bai // J. Mater. Res. Techn. 2022. V.21. P.5032—5044.
  22. Liu, H. Evolution of Mg-Zn second phases during ECAP at different processing temperatures and its impact on mechanical properties of Zn-1,6Mg (wt.%) alloys / H. Liu, H. Huang, Y. Zhang, Y. Xu, C. Wang, J. Sun, J. Jiang, A. Ma, F. Xue, J. Bai // J. Alloys Comp. 2019. V.811. Art.151987.
  23. Song, D. Corrosion behavior of equal-channel-angularpressed pure magnesium in NaCl aqueous solution / D. Song, A. Ma, J. Jiang, P. Lin, D. Yang, J. Fan // Corros. Sci. 2010. V.52. Is.2. P.481—490.
  24. Kalhor, A. Microstructure, mechanical properties, and corrosion behavior of a biodegradable Zn-1,7Mg-1Ca alloy processed by KoBo extrusion / A. Kalhor, K. Rodak, M. Tkocz, H. Myalska-Glowacka, B. Chmiela, M. Watroba, S. Boczkal, G. Junak // Mater. Sci. Eng. : A. 2023. V.887. Art.145771.
  25. Bahmani, A. Corrosion behavior of severely plastically deformed Mg and Mg alloys / A. Bahmani, M. Lotfpour, M. Taghizadeh, W.-J. Kim // J. Magnesium and Alloys. 2022. V.10. Is.10. P.2607—2648.
  26. Guo, P. Ultrafine- and uniform-grained biodegradable Zn-0,5Mn alloy : grain refinement mechanism, corrosion behavior, and biocompatibility in vivo / P. Guo, X. Zhu, L. Yang, L. Deng, Q. Zhang, B.Q. Li, K. Cho, W. Sun, T. Ren, Z. Song // Mater. Sci. Eng. : C. 2021. V.118. Art.111391.
  27. Bahmani, A. Formulation of corrosion rate of magnesium alloys using microstructural parameters / A. Bahmani, S. Arthanari, S.K. Seon // J. Magnesium and Alloys. 2020. V.8. Is.1. P.134—149.
  28. Liu, S. Effects of deformation twinning on the mechanical properties of biodegradable Zn-Mg alloys / S. Liu, D. Kent, N. Doan, M. Dargusch, G. Wang // Bioactive Mater. 2019. V.4. P.8—16.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».