Влияние деформационной обработки слаболегированного магниевого сплава Mg-1Zn-0.2Ca на механические свойства и скорость коррозии в биологически активной среде

Д.Л. Мерсон, А.И. Брилевский ORCID logo , П.Н. Мягких ORCID logo , М.В. Маркушев, А. Виноградов показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 29 марта 2020; Исправлена: 14 апреля 2020; Принята: 14 апреля 2020
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: Д.Л. Мерсон, А.И. Брилевский, П.Н. Мягких, М.В. Маркушев, А. Виноградов. Влияние деформационной обработки слаболегированного магниевого сплава Mg-1Zn-0.2Ca на механические свойства и скорость коррозии в биологически активной среде. Письма о материалах. 2020. Т.10. №2. С.217-222
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-2-217-222

Аннотация

Структура и коррозионные повреждения в биологически активной среде бирезорбируемого магниевого сплаваМагний и его сплавы обладают рядом конкурентных преимуществ благодаря низкой плотности и наивысшей среди современных структурных металлических материалов удельной прочности. Более широкому применению магниевых сплавов в промышленности мешают относительно низкая пластичность и плохая коррозионная стойкость. Улучшение этих свойств, при сохранении или даже повышении механической прочности, достигается за счёт прецизионного дизайна сплавов, определяющим в котором выступает химическая чистота, выбор легирующих компонентов и их концентрация. В отличие от многих инженерных приложений, способность к растворению в хлорсодержащих средах является чрезвычайно привлекательной для применения магниевых сплавов в качестве временных имплантатов в биомедицинских приложениях. В настоящей работе исследовано влияние термомеханической обработки на механические свойства и сопротивление коррозии слабо-легированного сплава Mg-1Zn-0.2Ca, предназначенного для био-медицинских приложений. Слабое легирование сплава позволяет наиболее полно реализовать механизм зернограничного упрочнения и сформировать однородного микроструктуру в ходе деформационной обработки. Показано, что использование интенсивных пластических деформаций методом всесторонней изотермической ковки при относительно высоких гомологических температурах в сочетании с изотермической прокаткой позволяет значительно измельчить структуру литого сплава до микрометрического размера и получить превосходный баланс прочности и пластичности (предел текучести и предел прочности при растяжении превышают 210 и 260 МПа соответственно, а относительное удлинение при разрыве составляет более 20 %), и коррозионной стойкости в искусственной физиологической среде in vitro. При поддержании значения pH среды на уровне 7.4 на протяжении всего испытания, скорость коррозии, оцененная с помощью выделения водорода и гравиметрического метода, оказалась почти постоянной без признаков насыщения для образцов после термо-механической обработки. Было установлено, что скорость десорбции водорода 0.5 мл / см2 / день намного ниже количества, которое может быть адаптировано человеческим организмом без каких‑либо побочных эффектов.

Ссылки (32)

1. F. Witte, N. Hort, C. Vogt, S. Cohen, K. U. Kainer, R. Willumeit, F. Feyerabend. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 12, 63 (2008). Crossref
2. M. Moravej, D. Mantovani. International Journal of Molecular Sciences.12, 4250 (2011). Crossref
3. A. Vinogradov, V. N. Serebryany, S. V. Dobatkin. Advanced Engineering Materials. 20, 1700785 (2018). Crossref
4. Y. Estrin, A. Vinogradov. Acta Materialia. 61, 782 (2013). Crossref
5. A. Atrens, G.-L. Song, M. Liu, Z. Shi, F. Cao, M. S. Dargusch. Advanced Engineering Materials. 17, 400 (2015). Crossref
6. H. Wang, Y. Estrin, H. Fu, G. Song, Z. Zúberová. Advanced Engineering Materials. 9, 967 (2007). Crossref
7. K. D. Ralston, N. Birbilis, C. H. J. Davies. Scripta Materialia. 63, 1201 (2010). Crossref
8. Z. Pu, G. L. Song, S. Yang, J. C. Outeiro, O. W. Dillon, D. A. Puleo, I. S. Jawahir. Corrosion Science. 57, 192 (2012). Crossref
9. N. N. Aung, W. Zhou. Corrosion Science. 52, 589 (2010). Crossref
10. M. Alvarez-Lopez, M. D. Pereda, J. A. del Valle, M. Fernandez-Lorenzo, M. C. Garcia-Alonso, O. A. Ruano, M. L. Escudero. Acta Biomaterialia. 6, 1763 (2010). Crossref
11. N. Birbilis, K. D. Ralston, S. Virtanen, H. L. Fraser, C. H. J. Davies. Corrosion Engineering, Science and Technology. 45, 224 (2010). Crossref
12. P. Minárik, R. Král, M. Janeček, F. Chmelík, B. Hadzima. Acta Physica Polonica A. 128, 772 (2015). Crossref
13. D. Orlov, K. D. Ralston, N. Birbilis, Y. Estrin. Acta Materialia. 59, 6176 (2011). Crossref
14. E. V. Parfenov, O. B. Kulyasova, V. R. Mukaeva, B. Mingo, R. G. Farrakhov, Y. V. Cherneikina, A. Yerokhin, Y. F. Zheng, R. Z. Valiev. Corrosion Science. 163, 108303 (2020). Crossref
15. N. S. Martynenko, E. A. Lukyanova, V. N. Serebryany, M. V. Gorshenkov, I. V. Shchetinin, G. I. Raab, S. V. Dobatkin, Y. Estrin. Materials Science and Engineering A. 712, 625 (2018). Crossref
16. D. Song, A. Ma, J. Jiang, P. Lin, D. Yang, J. Fan. Corrosion Science. 52, 481 (2010). Crossref
17. D. Song, A. B. Ma, J. H. Jiang, P. H. Lin, D. H. Yang, J. F. Fan.Corrosion Science. 53, 362 (2011). Crossref
18. J. Hofstetter, E. Martinelli, S. Pogatscher, P. Schmutz, E. Povoden-Karadeniz, A. M. Weinberg, P. J. Uggowitzer, J. F. Löffler. Acta Biomaterialia. 23, 347 (2015). Crossref
19. D. R. Nugmanov, O. S. Sitdikov, M. V. Markushev. Letters on Materials. 1(4), 213 (2011). (in Russian) [Д. Р. Нугманов, О. Ш. Ситдиков, М. В. Маркушев. Письма о материалах. 1 (4), 213 (2011).]. Crossref
20. M. V. Markushev, D. R. Nugmanov, O. Sitdikov, A. Vinogradov. Materials Science and Engineering A. 709, 330 (2018). Crossref
21. G. Song, A. Atrens, D. StJohn. An Hydrogen Evolution Method for the Estimation of the Corrosion Rate of Magnesium Alloys. In: Essential Readings in Magnesium Technology (Ed. by S. N. Mathaudhu, A. A. Luo, N. R. Neelameggham, E. A. Nyberg, W. H. Sillekens). Springer (2016) pp. 565 - 572.
22. R. Kaibyshev. Dynamic recrystallization in magnesium alloys. In: Advances in Wrought Magnesium Alloys. Woodhead Publishing (2012) pp. 186 - 225. Crossref
23. A. Galiyev, R. Kaibyshev, G. Gottstein. Acta Materialia. 49, 1199 (2001). Crossref
24. H. R. Bakhsheshi-Rad, E. Hamzah, A. Fereidouni-Lotfabadi, M. Daroonparvar, M. A. M. Yajid, M. Mezbahul-Islam, M. Kasiri-Asgarani, M. Medraj. Materials and Corrosion. 65, 1178 (2014). Crossref
25. B. Zhang, Y. Hou, X. Wang, Y. Wang, L. Geng. Materials Science and Engineering C. 31, 1667 (2011). Crossref
26. A. Vinogradov, E. Vasilev, M. Linderov, D. Merson.Metals. 6, 304 (2016). Crossref
27. J. Hofstetter, S. Rüedi, I. Baumgartner, H. Kilian, B. Mingler, E. Povoden-Karadeniz, S. Pogatscher, P. J. Uggowitzer, J. F. Löffler. Acta Materialia. 98, 423 (2015). Crossref
28. Y.-K. Kim, K.-B. Lee, S.-Y. Kim, K. Bode, Y.-S. Jang, T.-Y. Kwon, M. H. Jeon, M.-H. Lee. Science and Technology of Advanced Materials. 19, 324 (2018). Crossref
29. H. R. Bakhsheshi-Rad, E. Hamzah, M. Daroonparvar, R. Ebrahimi-Kahrizsangi, M. Medraj. Ceramics International. 40, 7971 (2014). Crossref
30. C.-Y. Zhang, R.-C. Zeng, C.-L. Liu, J.-C. Gao. Surface and Coatings Technology. 204, 3636 (2010). Crossref
31. S. Johnston, Z. Shi, A. Atrens. Corrosion Science. 101, 182 (2015). Crossref
32. E. Merson, P. Myagkikh, V. Poluyanov, D. Merson, A. Vinogradov. Materials Science and Engineering A. 748, 337 (2019). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование