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.

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies