生物材料用Mg-Y-Zn-Zr合金的微观结构及体外降解行为

通过向纯镁中添加微量的合金化元素（Y、Zn和Zr）,采用熔融浇铸法制备了名义成分为Mg1.5Y1.2Zn0.44Zr四元可降解镁合金生物材料,并对其进行了均匀化处理和挤压。 对这3种状态的镁合金进行了微观结构及在模拟体液(SBF)中体外降解行为的测试和分析,结果表明,合金主要由α-Mg基体和Mg12ZnY第二相组成;合金经过挤压后的组织得到了明显的细化;因此挤压后合金的降解性能得到明显改善;合金在模拟体液中生成的降解产物主要是含Ca和Mg的磷酸盐。     

镁合金MB2在高应力三轴度下的拉伸破坏行为研究

通过光滑试件及不同曲率半径缺口圆柱试件的拉伸试验,实现对镁合金MB2的单向及多向应力状态加载。结合数值模拟分析,研究了不同试件在拉伸加载过程中应力状态的变化。以应力三轴度为参数,给出了镁合金MB2等效破坏应变的变化规律,在应力三轴度-等效破坏应变空间建立了镁合金MB2的失效破坏准则。利用扫描电镜对试件断口形貌进行观察,分析了导致材料宏观延性变化的微观损伤机理,对不同应力状态下镁合金MB2的失效破坏行为做出了合理解释。     

基于分子动力学模拟的石墨烯镁基复合材料力学行为

镁合金因其低密度被视为最轻的工程结构金属材料,但因较差的塑性变形行为限制了其广泛应用,因此增强镁合金的综合力学性能已经成为当前材料领域的研究热点.本文采用分子动力学模拟方法,研究了在拉伸载荷下石墨烯对金属镁变形行为和力学性能的影响.研究结果表明,石墨烯的嵌入能够明显提升金属镁的强度和杨氏模量,并对其塑性变形阶段的第二次应变强化产生较大影响.研究指出,石墨烯镁基(GR/Mg)复合材料和纯镁的塑性变形行为相同,在塑性变形过程中均发生了从密排六方到体心立方再到密排六方结构的相变.石墨烯嵌入位置对GR/Mg复合材料上下两部分镁基体的塑性变形行为有较大的影响.当石墨烯嵌入高度较小时,石墨烯下方的镁基体塑性变形能力较强,容易发生位错滑移,而当石墨烯嵌入高度较大时,石墨烯上下方的两部分镁基体的塑性变形能力相当,它们的塑性变形行为趋于同步.此外,本文对镁基体的相变机制也进行了详细分析.本文的研究结果对于设计高性能的石墨烯金属基复合材料具有一定的理论指导意义.     

镁合金化学转化膜的制备及其性能研究

在磷酸钠-磷酸二氢铵-高锰酸钾体系中对镁合金进行化学转化处理.研究了磷酸钠、磷酸二氢铵、高锰酸钾、温度、时间和添加剂对转化膜性能的影响.通过对转化膜结构、成分及性能的测试评价,得到了性能较好的化学转化溶液配方:Na3PO4为5g·L-1,NH4H2PO4为15 g· L-1,KMnO4为1g· L-1,添加剂(NH4)6 Mo7O24为0.5g·L-1.由SEM可观察到转化膜的表面成“干枯河床”状.XRD和EDS检测表明,膜层的主要成分是Mg,Al12 Mg17和无定形相,膜层表面主要有Mn,Mg,K,O和Al等元素组成.腐蚀实验和电化学测试表明,添加剂能够降低转化膜的腐蚀率,转化膜较基体的腐蚀电位正移了0.73 V,提高了镁合金的耐蚀性.     

普通凝固Mg-Zn-Y准晶材料的摩擦磨损特性

采用普通凝固方法制备Mg-Zn-Y准晶材料,在不同试验条件下对普通凝固Mg-Zn-Y准晶材料进行了干摩擦试验,研究了载荷和磨损时间对准晶材料摩擦特性的影响,并对磨损表面形貌及磨屑进行了观察与分析.结果表明:随着载荷的增加,摩擦系数减小;在相同载荷条件下,随着Y含量的增加,摩擦系数及磨损质量损失均逐渐减小,耐磨性逐渐增强.     

镁合金晶体塑性本构模型与非均匀孪生变形分析

微结构演化对镁合金材料力学性能有着显著的影响,为了揭示镁合金宏观塑性各向异性特性与非均匀孪生变形的关系,开展了不同路径下的单轴加载试验以及采用含滑移、孪生机制的晶体塑性本构模型对试验条件下的镁合金变形行为进行数值模拟研究.文中本构模型描述了滑移与孪生变形机制以及晶格转动的机制,同时研究采用三维微结构代表性有限元模型,其包含晶粒尺寸、晶向和晶界倾角等微结构参数.研究结果表明,轧制镁合金具有强烈的宏观塑性各向异性行为,并对这种镁合金塑性各向异性行为的模拟结果以及多晶织构的模拟演化结果与试验测量进行对比,结果都基本吻合.对孪生非均匀变形模拟分析表明,镁合金宏观塑性各向异性行为与滑移、孪生变形机制的不同启动组合紧密相关,同时多晶体内应力的非均匀分布受到孪生变形的严重影响.而不同晶粒尺寸的晶粒所发生的孪生变形有比较大的差异,造成孪晶变体在晶粒内的分布极不均匀.该研究可为通过微结构的合理配置来设计和控制材料的力学性能提供理论依据.     

基于J-C模型的镁合金MB2动静态拉伸破坏行为

为了研究不同应力状态和应变率条件下镁合金MB2的拉伸破坏行为,利用材料试验机和分离式Hopkinson拉杆(SHTB),对镁合金MB2的光滑及缺口圆柱试件进行了动静态拉伸加载;拟合得到了镁合金MB2的动静态拉伸本构关系,建立了其修正的Johnson-Cook失效破坏准则,并对不同试件的拉伸破坏行为进行了数值模拟;利用SEM对宏观破坏模式对应的微观损伤机理进行了分析。结果表明,随着应力三轴度的增加,镁合金MB2的等效破坏应变先增大后减小,宏观破坏模式由剪切转为正拉断,微观损伤机制由混合断裂转变为韧窝断裂;而随着应变率的增加,等效破坏应变不断减小,破坏模式不发生改变。Johnson-Cook本构关系和修正后的Johnson-Cook失效破坏准则能较好地拟合动态静态拉伸实验结果并预测不同试件的杯锥形破坏特征。

     

激光熔覆Al+SiC涂层对镁合金表面耐磨性能的改性

通过脉冲激光器(Nd-YAG)在AZ91D镁合金基底上熔覆Al+SiC粉体。采用扫描电子显微镜、能量色散谱（EDS）和X-射线衍射测定分析熔覆层的显微组织、化学成分和物相组成。研究表明：Al+SiC涂层主要由SiC,b-Mg17Al12及Mg和Al相组成,激光熔覆层与镁合金基底表现出良好的冶金结合。所有样品都具有树枝状结构,且随着SiC质量分数的增大,树枝状和胞状结构的间隔变得更大。熔覆涂层的表面硬度高于基底,并且随着熔覆层中的SiC质量分数的增加而增大,SiC质量分数为40%的熔覆层具有最大的显微硬度,达到180 HV,然而质量分数为10%的熔覆层硬度为136 HV。销盘滑动磨损试验表明,复合涂层中的SiC颗粒和原位合成的Mg17Al12相显著提高了AZ91D镁合金的耐磨损性,其中,SiC质量分数从10%增加到30%过程中磨损体积损失逐渐减少,SiC质量分数在20%～30%时熔覆层具有最好的耐磨性。     

激光诱导AZ31B镁合金薄板动态响应实验研究

为分析在激光冲击波作用下AZ31B镁合金薄板背面的动态响应,采用聚偏氟乙烯贴片传感器与数字示波器对强激光诱导的冲击波进行测量,得到压电波形,结合冲击波的传播特性,对弹塑性双波的传播规律进行了研究。结果表明：激光诱导的材料动态响应是快速的;压电波形图反映出的弹性前驱波与塑性加载波传播到靶材背面的时间与理论时间相符;弹性前驱波能量小引发的波形振幅较小,紧随着的塑性加载波能量大并引起较大振幅波动,弹塑性双波卸载过程与紧接着的加载过程导致了压电信号的波动振幅提高。     

电流作用对铜镁合金弯曲微动疲劳损伤特性的影响

采用自主研制的试验装置,研究了铜镁合金在不同电流强度条件下的弯曲微动疲劳损伤演变规律.运用红外线热成像仪测试电流条件下微动接触区温度分布情况;利用白光干涉仪、扫描电镜、电子探针、X射线光电子能谱仪对试样接触损伤区的微观形貌和化学行为进行分析.试验结果表明:在相同循环次数下,随着电流强度的增加,铜镁合金弯曲微动疲劳寿命逐渐降低,接触区温度逐渐上升,接触损伤区尺寸增大,剥落层逐渐细化,接触损伤区氧化程度越来越严重,氧化磨屑的主要成分为CuO和Cu₂O;主要损伤机制为氧化磨损、黏着磨损和剥落.