Влияние ротационной ковки на структуру, механические и коррозионные свойства сплава Mg-1,1%Zn-1,7%Dy

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние ротационной ковки (РК) со степенью деформации e = 1,28 и 2,31 на микроструктуру, коррозионную стойкость и механические свойства потенциального медицинского сплава Mg-1,1%Zn-1,7%Dy. Показано, что РК при e = 1,28 приводит к измельчению зерна исследуемого сплава практически в 10 раз (с 300-400 до 30-40 мкм). Повышение степени деформации до e = 2,31 приводит к формированию неоднородной микроструктуры с областями, содержащими зерна как размером 30-40 мкм, так и 5-10 мкм. Измельчение зерна после РК приводит к повышению стойкости к электрохимической коррозии (потенциал коррозии увеличивается от -1550±9 мВ в закаленном состоянии до -1442±23 и -1454±35 мВ после РК соответственно при e = 1,28 и 2,31), но не вызывает изменения плотности тока коррозии. При этом скорость деградации сплава растет с увеличением степени деформации вплоть до 3,46±1,06 мм/год. Измельчение структуры после РК при e = 1,28 приводит к существенному росту прочности исследуемого сплава относительно закаленного состоянии (предел прочности растет с 70±13 до 273±7 МПа) при снижении пластичности с 23,1±5,1 до 14,0±2,9%. Повышение степени деформации до e = 2,31 не приводит к росту прочности сплава (sв = 267±4 МПа), но вызывает увеличение пластичности (d = 21,1±1,6%), по-видимому, в результате текстурных изменений, происходящих в сплаве.

Об авторах

Н. С Мартыненко

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: nmartynenko@imet.ac.ru

Д. Р Темралиева

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: nmartynenko@imet.ac.ru

Е. А Лукьянова

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: nmartynenko@imet.ac.ru

О. В Рыбальченко

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: orybalchenko@imet.ac.ru

Г. В Рыбальченко

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

Email: nmartynenko@imet.ac.ru

А. И Огарков

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: nmartynenko@imet.ac.ru

И. Е Тарытина

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: nmartynenko@imet.ac.ru

В. С Юсупов

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: nmartynenko@imet.ac.ru

С. В Добаткин

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Автор, ответственный за переписку.
Email: nmartynenko@imet.ac.ru

Список литературы

  1. Zan, R. Research hotspots and trends of biodegradable magnesium and its alloys / R. Zan,S. Shen, Y. Huang, H. Yu, Y. Liu, S. Yang, В. Zheng, Z. Gong, W. Wang, X. Zhang, T. Suo, H. Liu // Smart Mater. Medicine. 2023. J. Pre-proof. https://doi.org/10.1016/j.smaim.2023.01.002
  2. Zerankeshi, M.М. Effects of heat treatment on the corrosion behavior and mechanical properties of biodegradable Mg alloys / M.М. Zerankeshi, R. Alizadeh, E. Gerashi, M. Asadollahi, T.G. Langdon //j. Magnesium and Alloys. 2022. V.10. Is.7. P.1737-1785. https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.04.010
  3. Yusop, A.H.M. Drug-device systems based on biodegradable metals for bone applications: Potential, development and challenges / A.H.M. Yusop, M.N. Sarian, F.S. Januddi, H. Nur // Biocybernetics and Biomedical Eng. 2023. V.43. Is.1. P.42-57. https://doi.org/10.1016/j.bbe.2022.11.002
  4. Grimm, M. Influence of the microstructure on the corrosion behaviour of cast Mg-Al alloys / M. Grimm, A.Lohmьller, R.F. Singer, S. Virtanen // Corros. Sci. 2019. V.155. P.195-208. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.04.024
  5. Romzi, M.A.F. Effect of zinc (Zn) on the microstructure and corrosion behaviour of magnesium (Mg) / M.A.F. Romzi, J. Alias, M.I.M. Ramli // Mater. Today: Proceed. 2022. V.48. Is.6. P.1873-1879. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.261
  6. Metalnikov, P. The relation between Mn additions, microstructure and corrosion behavior of new wrought Mg-5Al alloys / P. Metalnikov, G. Ben-Hamu, Y. Templeman, K.S. Shin, L. Meshi // Mater. Characterization. 2018. V.145. P.101-115. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.08.033
  7. Yang, L. Mechanical and corrosion properties of binary Mg-Dy alloys for medical applications / L. Yang, Y. Huang, Q. Peng, F. Feyerabend, K.U. Kainer, R. Willumeit, N. Hort // Mater. Sci. Eng.: B. 2011. V.176. Is.20. P.1827-1834. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2011.02.025
  8. Liu, X. Influence of yttrium element on the corrosion behaviors of Mg-Y binary magnesium alloy / X. Liu, D. Shan, Y. Song, E.-h. Han //j. Magnesium Alloys. 2017. V.5. Is.1. P.26-34. https://doi.org/10.1016/j.jma.2016.12.002
  9. Zhao, X. A Comparison of corrosion behavior in saline environment: rare earth metals (Y, Nd, Gd, Dy) for alloying of biodegradable magnesium alloys / X. Zhao, L.-l. Shi, J. Xu //j. Mater. Sci. Technol. 2013. V.29. Is.9. P.781-787. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2013.05.017
  10. 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. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2009.09.024
  11. Walker, J. Magnesium biomaterials for orthopedic application: A review from a biological perspective /j. Walker, S. Shadanbaz, T.B. Woodfield, M.P. Staiger, G.J. Dias //j. Biomedical Mater. Res. Pt. B: Applied Biomaterials. 2014. V.102. P.1316-1331. https://doi.org/10.1002/jbm.b.33113
  12. Flaten, T. Geographical associations between aluminium in drinking water and death rates with dementia (including Alzheimer's disease), Parkinson's disease and amyotrophic lateral sclerosis in Norway / T. Flaten // Envrion Geochem Health. 1990. V.12. P.152- 167. https://doi.org/10.1007/BF01734064
  13. Wills, M. Aluminium poisoning: Dialysis, encephalopathy, osteomalacia and anaemia / M. Wills, J. Savory // Lancet. 1983. V.2. P.29-34. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(83)90014-4
  14. Flaten, T. Aluminium as a risk factor in Alzheimer's disease, with emphasis on drinking water / T. Flaten // Brain Res. Bull. 2001. V.55. P.187-196. https: //doi.org/10.1016/S0361-9230(01)00459-2
  15. Yang, H. Alloying design of biodegradable zinc as promising bone implants for load- bearing applications / H. Yang, B. Jia, Z. Zhang, X. Qu, G. Li, W. Lin, D. Zhu, K. Dai, Y.Zheng // Nature Communications. 2020. V.11. Is.1. P.401. https://doi.org/10.1038/s41467-019-14153-7
  16. Mousavizadeh, S.M. Effect of Mn addition on corrosion and biocompatibility characteristics of a new biodegradable Mg-1Ca-2Zn-1RE alloy / S.M. Mousavizadeh, S.H. Tabaian // Metals Mater.Intern. 2021. V.27. P.5074-5081. https://doi.org/10.1007/s12540-020-00885-5
  17. Li, Z. The development of binary Mg-Ca alloys for use as biodegradable materials within bone / Z. Li, X. Gu, S. Lou, Y. Zheng // Biomaterials. 2008. V.29. Is.10. P.1329-1344. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.12.021
  18. Straumal, B. The effect of equal-channel angular pressing on microstructure, mechanical properties, and biodegradation behavior of magnesium alloyed with silver and gadolinium / B. Straumal, N. Martynenko, Д. Temralieva, V. Serebryany, N. Tabachkova, I. Shchetinin, N. Anisimova, M. Kiselevskiy, A. Kolyanova, G. Raab, R. Willumeit-Romer, S. Dobatkin, Y. Estrin // Crystals. 2020. V.10. Is.10. Art.918. https://doi.org/10.3390/cryst10100918
  19. Martynenko, N. Improving the property profile of a bioresorbable Mg-Y-Nd-Zr alloy by deformation treatments / N. Martynenko, E. Lukyanova, N. Anisimova, M. Kiselevskiy, V. Serebryany, N. Yurchenko, G. Raab, N. Birbilis, G. Salishchev, S. Dobatkin, Y. Estrin // Materialia. 2020. V.13. Art.100841. https: //doi.org/10.1016/j.mtla.2020.100841
  20. Gao, M. Enhancing mechanical property and corrosion resistance of Mg-Zn-Nd alloy wire by a combination of SPD techniques, extrusion and hot drawing / M. Gao, I.P. Etim, K. Yang, L. Tan, Z. Ma // Mater. Sci. Eng. A. 2022. V.829. Art.142058. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142058
  21. Horky, J. Improving mechanical properties of lean Mg-Zn-Ca alloy for absorbable implants via double equal channel angular pressing (D-ECAP) /j. Horky, K. Bryla, M. Krystian, G. Mozdzen, B. Mingler, L. Sajti // Mater. Sci. Eng. A. 2021. V.826. Art.142002. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142002
  22. Martynenko, N. Structure, mechanical characteristics, biodegradation, and in vitro cytotoxicity of magnesium alloy ZX11 processed by rotary swaging / N. Martynenko, N. Anisimova, M. Kiselevskiy, N. Tabachkova, D. Temralieva, D. Prosvirnin, V. Terentiev, A. Koltygin, V. Belov, M. Morosov, V. Yusupov, S. Dobatkin, Y. Estrin //j. Magnesium and Alloys. 2020. V.8. Is.4. P.1038-1046. https://doi.org/10.1016/j.jma.2020.08.008
  23. Fu, Q. Investigating the combined effects of wide stacking faults and grain size on the mechanical properties and corrosion resistance of high-purity Mg / Q. Fu, C. Wang, C. Wu, Y. Wu, X. Dai, W. Jin, B. Guo, M. Song, W. Li, Z. Yu //j. Alloys and Compounds. 2022. V.927. Art.167018. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167018
  24. Alkhazraji, H. Enhanced fatigue strength of commercially pure Ti processed by rotary swaging / H. ALkhazraji, E. El-Danaf, M. Wollmann, Lothar Wagner // Advanc. Mater. Sci. Eng. 2015. V.2015. Art.301837. http://dx.doi.org/10.1155/2015/301837
  25. Trojanova, Z. Fatigue in an AZ31 alloy subjected to rotary swaging / Z. Trojanova, Z. Drozd, K. HalmesÚova¢, J. DzÚugan, T. Hofrichterova¢, P. PalcÚÚek, P. Mina¢rik, T. SÚkraban, F. Novy // Materials. 2022. V.15(21). P.7541. https://doi.org/10.3390/ma15217541
  26. Kostova, I. New samarium(iii), gadolinium(iii), and dysprosium(iii) complexes of coumarin-3-carboxylic acid as antiproliferative agents / I. Kostova, G. Momekov, P. Stancheva // Metal-Based Drugs. 2007. V.2007. P.15925. doi: 10.1155/2007/15925.
  27. ASTM G31-21; Standard Guide for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals; ASTM International: West Conshohocken, PA, USA, 2004.
  28. Rokkala, U. Tailoring surface characteristics of bioabsorbable Mg-Zn-Dy alloy using friction stir processing for improved wettability and degradation behavior / U. Rokkala, S. Bontha, M.R. Ramesh, V.K. Balla, A. Srinivasan, S. V. Kailas //j. Mater. Res. Technol. 2021. V.12. P.1530-1542. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.03.057
  29. Лякишев, Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в 3 т. Т.2 / Н.П. Лякишев. - М.: Машиностроение, 1997. 1023 с.
  30. Martynenko, N. Effect of equal channel angular pressing on structure, texture, mechanical and in-service properties of a biodegradable magnesium alloy / N. Martynenko, E. Lukyanova, V. Serebryany, D. Prosvirnin, V. Terentiev, G. Raab, S. Dobatkin, Y. Estrin // Mater. Letters. 2019. V.238. P.218-221. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.12.024
  31. Estrin, Y. The effect of equal-channel angular pressing on the microstructure, the mechanical and corrosion properties and the anti-tumor activity of magnesium alloyed with silver / Y. Estrin, N. Martynenko, N. Anisimova, D. Temralieva, M. Kiselevskiy, V. Serebryany, G. Raab, B. Straumal, B. Wiese, R. Willumeit-Rцmer, S. Dobatkin // Materials. 2019. V.12. Is.23. Art.3832. https: //doi.org/10.3390/ma12233832
  32. Agnew, S.R. Enhanced ductility in strongly textured magnesium produced by equal channel angular processing / S.R. Agnew, J.A. Horton, T.M. Lillo, D.W. Brown // Scripta Materialia. 2004. V.50. Is.3. P.377-381. https: //doi.org/10.1016/j.scriptamat. 2003.10.006
  33. Akbaripanah, F. Microstructural homogeneity, texture, tensile and shear behavior of AM60 magnesium alloy produced by extrusion and equal channel angular pressing / F. Akbaripanah, F. Fereshteh-Saniee, R. Mahmudi, H. Kim // Mater. Design. 2013. V.43. P.31-39. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2012. 06.051
  34. Somekawa, H. High strength and fracture toughness balances in extruded Mg-Zn-Re alloys by dispersion of quasicrystalline phase particles / H. Somekawa, A. Singh, Y. Osawa, T. Mukai // Mater. Trans. 2008. V.49. Is.9. P.1947-1952. https://doi.org/10.2320/matertrans.MAW200804
  35. Xu, W.C. Precipitates formed in the as-forged Mg-Zn-RE alloy during ageing process at 250 °C / W.C. Xu, X.Z. Han, D.B. Shan // Mater. Characterization. 2013. V.75. P.176-183. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2012.09.009
  36. Tong, L.B. Microstructures, mechanical properties and corrosion resistances of extruded Mg-Zn-Ca-xCe/La alloys / L.B. Tong, Q.X. Zhang, Z.H. Jiang, J.B. Zhang, J. Meng, L.R. Cheng, H.J. Zhang //j. Mechan. Behavior of Biomedical Mater. 2016. V.62. P.57-70. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.04.038
  37. Zhang, Z. Microstructures, mechanical properties and corrosion behaviors of Mg-Y-Zn- Zr alloys with specific Y/Zn mole ratios / Z. Zhang, X. Liu, W. Hu, J. Li, Q. Le, L. Bao, Z. Zhu, J. Cui //j. Alloys and Compounds. 2015. V.624. P.116-125. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.10.177
  38. Bi, G. Microstructure and mechanical properties of an extruded Mg-2Dy-0,5Zn alloy / G. Bi, D. Fang, W. Zhang, J. Sudagar, Q. Zhang, J. Lian, Z. Jiang //j. Mater. Sci. Technol. 2012. V.28. Is.6. P.543-551. https://doi.org/10.1016/S1005-0302(12)60095-4

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

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».