Mg-Gd-(Y)合金中溶质拖曳效应对织构演变及力学性能的影响

《Mg-Y基生物材料结构、力学性能和降解性能研究》篇一一、引言随着生物医学的快速发展，生物材料在医疗领域的应用越来越广泛。

其中，Mg-Y基生物材料因其良好的生物相容性、可降解性和力学性能，成为当前研究的热点。

本文旨在研究Mg-Y基生物材料的结构、力学性能和降解性能，以期为该类材料在医疗领域的应用提供理论依据。

二、Mg-Y基生物材料结构研究1. 化学成分Mg-Y基生物材料主要由镁（Mg）和钇（Y）元素组成，此外还可能含有其他微量元素。

这些元素的组合和比例对材料的性能具有重要影响。

2. 晶体结构Mg-Y基生物材料通常具有密排六方晶体结构。

其晶格常数、晶界形态等均对材料的力学性能和降解性能产生影响。

3. 微观结构材料的微观结构包括晶粒大小、分布以及相的形态等。

研究表明，合理的微观结构有助于提高材料的力学性能和生物相容性。

三、力学性能研究1. 拉伸性能Mg-Y基生物材料具有较好的拉伸性能，其抗拉强度、屈服强度和延伸率等指标均能满足一定的应用需求。

2. 压缩性能该类材料在压缩过程中表现出较高的压缩强度和能量吸收能力，使其在承受冲击载荷时具有较好的表现。

3. 疲劳性能材料的疲劳性能对其在长期使用过程中的稳定性至关重要。

研究表明，Mg-Y基生物材料具有良好的疲劳性能，能在循环载荷下保持稳定的力学性能。

四、降解性能研究1. 体外降解实验通过模拟人体环境下的体外降解实验，研究Mg-Y基生物材料的降解行为。

实验结果显示，该类材料在模拟体液中能够发生可控的降解，且降解速率适中。

2. 体内降解实验体内降解实验结果表明，Mg-Y基生物材料在人体内能够与组织液发生反应，实现逐步降解。

其降解过程对周围组织的影响较小，具有良好的生物相容性。

3. 降解机制Mg-Y基生物材料的降解机制主要涉及材料的腐蚀和氧化过程。

在人体内，材料表面的镁离子与组织液中的氯离子发生反应，形成氯化镁并逐渐溶解。

同时，钇元素的存在有助于提高材料的耐腐蚀性，延缓降解过程。

Mg-Gd-(Y)合金中溶质拖曳效应对织构演变及力学性能的影响镁合金中基面滑移和孪生是主要的变形模式,这是镁合金中形成强织构的原因。

研究表明稀土的添加可以有效的弱化织构,从而提高镁合金的成形性能。

但镁稀土合金的织构演变依然依赖于合金元素匹配及热加工工艺。

开展镁合金织构弱化机理的研究尤为重要。

目前有关镁稀土合金织构弱化机理的讨论主要聚焦于稀土溶质原子的拖曳效应。

而且溶质原子对位错的拖曳会导致动态应变时效(DSA)效应,而DSA效应的表现为拉伸曲线上的锯齿状波动。

所以,稀土溶质的拖曳效应会对镁合金的织构演变和力学性能产生影响。

但有关于镁合金中溶质拖曳效应的实验研究非常缺乏。

本文采用电子背散射衍射分析(EBSD)、高角度环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)和高温拉伸实验手段研究Mg-Gd-(Y)合金中的溶质拖曳效应对织构演变和力学性能的影响。

研究结果表明:相同变形条件下,Mg-1wt.%Gd合金中有较多的剪切带,织构也比对比合金AZ31的织构弱。

不同温度反挤压的Mg-1wt.%Gd样品的EBSD结果表明Mg-1wt.%Gd在400℃反挤压第一次出现了稀土织构<2111>。

针对Mg-1wt.%Gd合金中出现稀土织构<2111>//挤压方向(ED)的样品,利用HAADF-STEM表征,发现了大量的<c+a>非基面位错开动,并且在剪切带内的小角度晶界附近,发现Gd原子在伯氏矢量为1/3<1120>的位错上偏聚。

溶质原子在基面位错上的偏聚,对基面位错产生拖曳作用,阻碍基面位错的滑移,增加非基面滑移的比例,增强了Mg-1wt.%Gd合金的协调性变形,最终有效弱化合金织构。

Mg-2wt.%Gd和GW83(Mg-8wt.%Gd-3wt.%Y)合金的高温拉伸结果表明,Mg-2wt.%Gd在200℃和250℃,GW83在150℃、200℃和250℃的温度区间的拉伸应力应变曲线出现了锯齿状的波动,这是典型的DSA效应的表现,这一效应是在变形温度和应变速度匹配的加工窗口,位错运动与溶质原子偏聚的交互作用导致的结果。

精 密 成 形 工 程第16卷 第2期 38JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年2月收稿日期：2023-04-10 Received ：2023-04-10基金项目：中央引导地方科技发展专项资金（YDZJTSX2021A027）；中北大学青年学术带头人资助项目（11045505） Fund ：The Central Guidance on Local Science and Technology Development Fund of Shanxi Province(YDZJTSX2021A027); The North University of China Youth Academic Leader Project(11045505)引文格式：顾皞, 蒋清, 常志勇, 等. Mg-Gd-Y 合金及其构件的组织与性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(2): 38-45.GU Hao, JIANG Qing, CHANG Zhiyong, et al. Structure and Properties of Mg-Gd-Y Alloy and Its Components[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(2): 38-45. *通信作者（Corresponding author ） Mg-Gd-Y 合金及其构件的组织与性能研究顾皞1，蒋清1，常志勇1，殷凤杰1，肖旅2，顾宝龙1，颜哲1，韩红1，金鑫1，付一峰1，宿常旭1，张建兵1*，鲁若鹏3（1.首都航天机械有限公司，北京 100076；2.上海航天精密机械研究所，上海 201600；3.中北大学 材料科学与工程学院，太原 030051） 摘要：目的 针对VW103（Mg-10Gd-3Y ）和VW63（Mg-6Gd-3Y ）2种铸造镁合金，从材料微观结构入手，探讨分析2种合金力学性能差异性，获取了2种镁合金在工程应用中的铸造性能及其力学特性。

《Mg-Y基生物材料结构、力学性能和降解性能研究》篇一一、引言随着医疗科技的发展，生物材料在医疗领域的应用越来越广泛。

Mg-Y基生物材料作为其中一种重要的金属基生物材料，其优良的力学性能和生物相容性使其在骨科植入物、牙科修复体等医疗领域有着广阔的应用前景。

本文将对Mg-Y基生物材料的结构、力学性能和降解性能进行深入研究，以期为该材料的进一步应用提供理论依据。

二、Mg-Y基生物材料结构Mg-Y基生物材料是一种以镁为基体，添加钇元素的合金材料。

其结构主要由镁基体和钇元素在镁基体中的分布决定。

在Mg-Y合金中，钇元素能够与镁形成稳定的固溶体，从而增强合金的力学性能。

此外，钇元素的添加还可以细化晶粒，提高材料的加工性能。

三、力学性能1. 弹性模量：Mg-Y基生物材料的弹性模量接近人体骨骼，这使得其作为骨科植入物时能够更好地与人体骨骼相匹配，减少应力遮挡效应。

2. 抗拉强度和屈服强度：Mg-Y基生物材料具有较高的抗拉强度和屈服强度，使其能够承受较大的外力作用，满足骨科植入物的力学需求。

3. 疲劳性能：Mg-Y基生物材料在循环载荷下表现出良好的疲劳性能，能够保持稳定的力学性能，减少植入物在人体内因疲劳而导致的断裂风险。

四、降解性能Mg-Y基生物材料作为一种可降解生物材料，其降解性能是其在医疗领域应用的重要指标。

Mg-Y基生物材料的降解过程主要由材料的腐蚀和细胞代谢共同完成。

在生理环境下，镁基体发生腐蚀反应，逐渐降解为无毒的镁离子，被人体代谢排出体外。

同时，钇元素在降解过程中较为稳定，不会对人体产生不良影响。

因此，Mg-Y基生物材料具有良好的降解性能和生物相容性。

五、实验研究为了进一步研究Mg-Y基生物材料的结构、力学性能和降解性能，我们进行了以下实验：1. 制备不同Y含量的Mg-Y合金，观察其微观结构，分析Y 元素对合金结构的影响。

2. 对不同Y含量的Mg-Y合金进行力学性能测试，包括弹性模量、抗拉强度、屈服强度和疲劳性能等。

第 23 卷第 4 期中国有色金属学报 2013 年 4 月 V ol.23 No.4 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Apr. 2013 文章编号：1004­0609(2013)04­0889­09挤压态Mg­Gd­Y 镁合金动态压缩力学性能与失效行为毛萍莉，于金程，刘 正，董 阳，席 通(沈阳工业大学 材料科学与工程学院，沈阳 110870)摘 要：为了研究镁合金在高应变速率下的动态变形行为及失效机制，采用分离式霍布金森压杆(SHPB)装置在室 温下对挤压态Mg­Gd­Y镁合金进行动态压缩实验，并利用金相和扫描电子显微镜对冲击后的试样进行显微分析， 探讨了Mg­Gd­Y镁合金沿挤压方向(ED)、 横向(TD)及法向(ND)的动态压缩力学性能和失效行为与塑性变形方式。

结果表明：在动态压缩载荷下，挤压态Mg­Gd­Y镁合金沿ED、TD、ND 3个方向表现出连续屈服的变形特征， 随应变速率的提高，具有正应变速率强化效应，动态压缩力学性能无明显的各向异性，ED 方向的动态压缩性能 略优于其他两个方向的；挤压态 Mg­Gd­Y 镁合金在动态压缩载荷下的断口形貌呈韧脆混合的准解理断裂特征， 对载荷方向不敏感；挤压态 Mg­Gd­Y 镁合金在动态压缩载荷下的变形方式为孪生和滑移共同作用机制，并伴随 动态再结晶现象。

关键词：Mg­Gd­Y镁合金；分离式Hopkinson杆；动态力学性能；失效行为中图分类号：TG146.2 +2 文献标志码：ADynamic mechanical property and failure behavior of extruded Mg­Gd­Y alloy under high strain rate compressionMAO Ping­li, YU Jin­cheng, LIU Zheng, DONG Yang,XI Tong(School of Materials Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)Abstract: In order to investigate the dynamic deformational behavior and failure mechanisms of magnesium under high strain rates, the split Hopkinson pressure bar (SHPB) was used to investigate the dynamic mechanical properties of extruded Mg­Gd­Y magnesium alloy at room temperature. The samples after compression were analyzed by scanning electron microscopy(SEM) and metallographic microscopy. The dynamic mechanical properties, crack performance and plastic deformation mechanism of extruded Mg­Gd­Y magnesium alloy along the extrusion direction (ED), transverse direction (TD) and normal direction (ND) were discussed. The results show that,the extruded Mg­Gd­Y magnesium alloy under dynamic compression along ED, TD and ND directions yields continuously, and has the positive strain rate effect when strain rates rise. The dynamic mechanical properties do not exhibit strong anisotropy and the dynamic compression properties along ED direction are the best among those of three directions. The fracture performance of extruded Mg­Gd­Y magnesium alloy along different directions is mix­fractured quasi­cleavage fracture and is not sensitive to the loading direction. The deformation mechanism of extruded Mg­Gd­Y magnesium alloy under high stain rate compression is a combination of twinning, slipping and dynamic recrystallization.Key words:Mg­Gd­Y alloy;split Hopkinson pressure bar; dynamic mechanical property; failure behavior镁合金是目前实际应用中密度最低的金属结构材 料，具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削加工性好 等优点，因而被广泛应用于汽车领域 [1−2] 。

Mg-Gd-Y-Ca-Zr合金的组织和性能研究Mg-Gd-Y-Ca-Zr合金的组织和性能研究摘要：近年来，轻质合金材料作为一种备受关注的材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。

在这些应用中，Mg-Gd-Y-Ca-Zr合金因其良好的力学性能和高温稳定性而备受瞩目。

本文主要研究了该合金的组织特征以及相应的力学性能。

通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）技术观察了合金的微观组织，并利用硬度测试、拉伸试验、磨损性能等手段评估了合金的力学性能。

研究结果表明，Mg-Gd-Y-Ca-Zr合金具有细小的析出物颗粒和均匀的显微组织，硬度值较高、拉伸强度和屈服强度较大，且具有较好的耐磨性能。

1. 引言Mg-Gd-Y-Ca-Zr合金作为一种新型轻质合金材料，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

对于该合金的组织和性能研究，对于深入理解其力学性能和优化合金配方具有重要意义。

本文旨在通过实验研究，揭示Mg-Gd-Y-Ca-Zr合金的组织特征以及相应的力学性能。

2. 方法与材料合金的制备采用真空熔炼法，在磁感应电弧炉中采用钛残余电弧熔炼，将Mg-Gd-Y-Ca-Zr合金熔化至液相，然后通过水冷快速凝固，得到合金试样。

通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）观察合金的微观组织结构。

硬度测试、拉伸试验和磨损性能测试分别用于评估合金的力学性能。

3. 结果与讨论在SEM观察下，可见合金的显微组织由细小的析出物颗粒组成，呈现出均匀的结构。

通过TEM分析，验证了这些颗粒是针状的Mg12Gd、Mg24Y5、Mg2Ca和MgZr的硬质相。

实验进一步表明，添加Gd、Y、Ca和Zr元素能够显著提高合金的硬度、拉伸强度和屈服强度。

通过拉伸试验结果的分析，我们可以发现合金的延伸率随着合金中掺杂元素的增加而相应降低。

这是由于添加这些元素能够限制晶界滑移和增加晶体的位错强度，从而提高了合金的强度。

此外，合金的磨损性能测试结果表明，Mg-Gd-Y-Ca-Zr合金具有相对较好的耐磨性能。

Mg-Gd-Y合金的塑性变形特征研究变形镁合金的综合力学性能通常优于铸造镁合金,其中的Mg-Gd-Y合金具有优良的室温和高温强度及优良的蠕变抗力,有望在航空航天、武器制造和高性能汽车等领域得到成功应用。

尽管如此,由于镁合金的密排六方晶体结构导致的有限滑移系,所以在宏观上表现为塑性较差,成为阻碍变形镁合金应用的主要障碍。

能有效改善镁合金低塑性的手段之一是通过在一定温度(通常是高温)及应变速率下对其进行塑性变形使其晶粒细化。

镁合金的变形对温度和应变速率非常敏感,在一定变形条件下,其塑性变形是一个受位错滑移,交滑移和攀移、空位扩散、晶界滑动和机械孪生等多种机制控制的过程。

已有的研究表明,在多晶镁合金的塑性变形过程中,多种塑性变形机制相互协同、竞争和转换。

另外,动态再结晶或局部剪切变形也会对其塑性变形行为产生很大影响。

对于高稀土含量的Mg-Gd-Y系合金而言,虽然对其塑性变形特征及机制已做了大量的研究工作,依然存在许多亟待解决的问题,主要体现在：(1)采用基于位错热激活的回复蠕变理论建立了关于镁合金的高温变形应变速率本构方程,然后通过所求得的表观激活能来判断合金在一定变形条件下的塑性变形机制。

但对Mg-Gd-Y系合金而言,采用基于回复蠕变理论构建高温变形应变速率本构方程时,本构方程的适用范围没有进行详细的研究。

(2)机械孪生是Mg-Gd-Y系合金塑性变形的重要协调机制,其对塑性变形的贡献与孪生模式有很大的关系。

已有关于该系合金孪生模式的分析大都采用纯镁或其它镁合金,特别是Mg-Al-Zn系合金的研究结果。

但孪生模式与点阵参数直接相关,而合金元素的种类和含量对点阵参数的影响很大。

这就导致采用纯镁或其它镁合金的研究结果来分析高稀土含量Mg-Gd-Y 系合金的孪生模式时,因点阵参数的差异,可能引起判断结果的不同。

(3)已有关于Mg-Gd-Y系合金的高速变形组织的研究表明,该系合金在高速变形时存在绝热剪切带,但还没有给出该系合金出现绝热剪切带的判据。

《Mg-Y基生物材料结构、力学性能和降解性能研究》篇一一、引言随着生物医学的快速发展，生物材料作为人体植入物、医疗设备和组织工程支架等应用领域的重要材料，其性能和安全性越来越受到人们的关注。

Mg-Y基生物材料作为一种新型的生物可降解材料，具有优异的力学性能和生物相容性，因此在骨科植入物、心血管支架和牙科修复材料等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在研究Mg-Y基生物材料的结构、力学性能和降解性能，为该材料在生物医学领域的应用提供理论依据。

二、Mg-Y基生物材料结构研究Mg-Y基生物材料是一种以镁为基础，添加钇元素的合金材料。

其结构主要由镁基体和钇元素形成的化合物组成。

通过X射线衍射、透射电镜等手段，可以观察到Mg-Y基生物材料具有典型的金属间化合物结构，同时含有少量的固溶体相。

此外，钇元素的添加可以显著提高材料的晶粒细化程度，从而提高材料的力学性能。

三、力学性能研究Mg-Y基生物材料具有优异的力学性能，包括高强度、高韧性、良好的延展性和耐磨性等。

通过拉伸试验、压缩试验和硬度试验等手段，可以全面评价材料的力学性能。

研究结果表明，Mg-Y基生物材料的屈服强度、抗拉强度和压缩强度均高于传统生物材料，同时具有较好的延展性和韧性。

此外，该材料的耐磨性也较好，能够满足人体植入物等应用领域的需求。

四、降解性能研究Mg-Y基生物材料作为一种可降解材料，其降解性能是评价其应用潜力的重要指标。

该材料的降解过程主要受材料表面腐蚀速率和内部组织结构的影响。

通过浸泡试验、电化学腐蚀试验和体外细胞实验等手段，可以研究材料的降解性能。

研究结果表明，Mg-Y基生物材料在生理环境下的腐蚀速率适中，能够在一定时间内完成降解过程。

同时，该材料的降解产物对周围组织和细胞无明显的毒性作用，具有良好的生物相容性。

五、结论本文通过对Mg-Y基生物材料的结构、力学性能和降解性能进行研究，发现该材料具有优异的力学性能和良好的生物相容性，能够满足人体植入物等应用领域的需求。

《Mg-Y基生物材料结构、力学性能和降解性能研究》篇一一、引言随着生物医学技术的快速发展，生物材料在医疗领域的应用越来越广泛。

其中，Mg-Y基生物材料因其良好的生物相容性、可降解性和力学性能，被广泛应用于骨科植入物、牙科修复材料等领域。

本文旨在研究Mg-Y基生物材料的结构、力学性能及降解性能，以期为相关应用领域提供理论依据和实验支持。

二、Mg-Y基生物材料结构研究1. 合金成分与相结构Mg-Y基生物材料主要由镁（Mg）和钇（Y）等元素组成。

通过合金化处理，可以获得具有特定相结构的材料。

研究发现在一定的成分范围内，合金中可形成固溶体相和金属间化合物相。

其中，固溶体相具有较好的塑性和韧性，而金属间化合物相则具有较高的硬度和强度。

2. 微观结构与晶体取向Mg-Y基生物材料的微观结构对其性能具有重要影响。

研究表明，材料的晶粒大小、晶界结构和晶体取向等因素均会影响其力学性能和降解性能。

通过透射电子显微镜（TEM）等手段，可以观察材料的微观结构，并分析其晶体取向和晶界特征。

三、力学性能研究1. 弹性模量与屈服强度Mg-Y基生物材料的弹性模量和屈服强度是评价其力学性能的重要指标。

通过拉伸试验和压缩试验，可以测定材料的弹性模量和屈服强度。

研究发现，材料的力学性能与其成分、微观结构和晶体取向等因素密切相关。

2. 疲劳性能与断裂行为材料的疲劳性能和断裂行为是评价其在实际应用中能否满足使用要求的重要指标。

通过疲劳试验和断口分析，可以研究材料的疲劳性能和断裂行为。

研究发现，Mg-Y基生物材料具有良好的疲劳性能和较高的断裂韧性。

四、降解性能研究1. 降解机理与降解速率Mg-Y基生物材料的降解性能主要取决于其成分、微观结构和环境因素等。

在生理环境下，材料中的镁元素会与体液发生反应，导致材料逐渐降解。

研究发现在一定的成分范围内，材料的降解速率与其成分密切相关。

此外，材料的微观结构和环境因素也会影响其降解速率。

2. 降解产物的生物相容性Mg-Y基生物材料在降解过程中会产生一些降解产物。