Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Структура и механические свойства биомедицинского магниевого сплава Mg–1%Zn–0,2%Ca

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-105-112

Полный текст:

Аннотация

Известно, что сплавы на основе магния являются подходящими материалами для использования в качестве биоразлагаемых металлов для изготовления медицинских имплантатов нового поколения. Магний может растворяться в человеческом организме в процессе заживления. Если растворение контролируется, то после завершения заживления не требуется дополнительная операция по удалению имплантата. В частности, сплавы системы Mg–Zn–Ca считаются наиболее подходящими для биоразлагаемых металлических имплантатов вследствие их биосовместимости. В сплавах Mg–Zn–Ca добавление Zn и Ca в качестве легирующих элементов может улучшить механические свойства и повысить коррозионную стойкость по сравнению с чистым Mg без ущерба для биосовместимости. Работа посвящена исследованию структуры и механических свойств магниевого сплава Mg–1%Zn–0,2%Ca, подвергнутого интенсивной пластической деформации (ИПД). Исследования структуры проведены с применением растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Исследования механических свойств выполнены методами измерения микротвердости и испытаний на растяжение. Показано, что применение метода равноканального углового прессования (РКУП) и дополнительной обработки методом интенсивной пластической деформации (ИПДК) к сплаву Mg–1%Zn–0,2%Ca ведет к формированию ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры со средним размером зерна менее 1 мкм. Обнаружено, что в результате сильного измельчения зеренной структуры магниевого сплава происходит значительное повышение предела прочности более чем в 2 раза до 283 МПа по сравнению с гомогенизированным состоянием, в котором наблюдался предел прочности 125 МПа. При этом одновременно в УМЗ состоянии наблюдается существенное снижение пластичности до 3 %.

Об авторах

Ганджина Дастамбуевна Худододова
Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа
Россия

инженер Научно-исследовательского института физики перспективных материалов



Ольга Борисовна Кулясова
Башкирский государственный университет, Уфа
Россия

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории многофункциональных материалов



Руслан Камилович Нафиков
Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа
Россия

инженер Молодежной научно-исследовательской лаборатории НОЦ «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях»



Ринат Кадыханович Исламгалиев
Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа
Россия

доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры материаловедения и физики металлов



Список литературы

1. Валиев Р.З., Жиляев А.П., Лэнгдон Т.Дж. Объемные наноструктурные материалы: фундаментальные основы и применения. СПб.: Эко-Вектор, 2017. 479 с.

2. Shi X., Li W., Hu W., Tan Y., Zhang Zh., Tian L. Effect of ECAP on the Microstructure and Mechanical Properties of a Rolled Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr. Magnesium Alloy // Crystals. 2019. Vol. 9. № 11. Article number 586. DOI: 10.3390/cryst9110586.

3. Valiev R.Z., Estrin Y., Horita Z., Langdon T.G., Zehetbauer M.J., Zhu Y.T. Producing bulk ultrafine-grained materials by severe plastic deformation: Ten years later // JOM. 2016. Vol. 68. № 4. P. 33–39. DOI: 10.1007/S11837-006-0213-7.

4. Agnew S.R., Duygulu O. A mechanistic understanding of the formability of magnesium: Examining the role of temperature on the deformation mechanisms // Materials Science Forum. 2003. Vol. 419-422. № 1. P. 177–188. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.419-422.177.

5. Lin J., Ren W., Wang Q., Ma L., Chen Y. Influence of grain size and texture on the yield strength of Mg alloys processed by severe plastic deformation // Advances in Materials Science and Engineering. 2014. Vol. 2014. P. 356–572. DOI: 10.1155/2014/356572.

6. Figueiredo R.B., Langdon T.G. Grain refinement and mechanical behavior of a magnesium alloy processed by ECAP // Journal of Materials Science. 2010. Vol. 45. № 17. P. 4827–4836. DOI: 10.1007/s10853-010-4589-y.

7. Ding S.X., Chang C.P., Kao P.W. Effects of processing parameters on the grain refinement of magnesium alloy by equal-channel angular extrusion // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2009. Vol. 40. № 2. P. 415–425. DOI: 10.1007/s11661-008-9747-3.

8. Yamashita A., Horita Z., Langdon T.G. Improving the mechanical properties of magnesium and a magnesium alloy through severe plastic deformation // Materials Science and Engineering A. 2001. Vol. 300. № 1-2. P. 142–147. DOI: 10.1016/S0921-5093(00)01660-9.

9. Kulyasova O., Islamgaliev R., Mingler B., Zehetbauer M. Microstructure and fatigue properties of the ultrafine-grained AM60 magnesium alloy processed by equal-channel angular pressing // Materials Science and Engineering A. 2009. Vol. 503. № 1-2. P. 176–180. DOI: 10.1016/j.msea.2008.03.057.

10. Li W., Guan S., Chen J., Hu J., Chen S., Wang L., Zhu S. Preparation and in vitro degradation of the composite coating with high adhesion strength on biodegradation Mg–Zn–Ca alloy // Materials Characterization. 2011. Vol. 62. № 12. P. 1158–1165. DOI: 10.1016/j.matchar.2011.07.005.

11. Gong Ch., He X., Yan X. Corrosion behavior of Mg–Ca–Zn alloys with high Zn content // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2021. Vol. 152. Article number 109952. DOI: 10.1016/j.jpcs.2021.109952.

12. Kim W.C., Kim J.G., Lee J.Y., Seol H.K. Influence of Ca on the corrosion properties of magnesium for biomaterials // Materials Letters. 2008. Vol. 62. № 25. P. 4146–4148. DOI: 10.1016/j.matlet.2008.06.028.

13. Parfenov E.V., Kulyasova O.B., Mukaeva V.R., Mingo B., Farrakhov R.G., Cherneikina Ya.V., Yerokhin A., Zheng Y.F., Valiev R.Z. Influence of ultra-fine grain structure on corrosion behaviour of biodegradable Mg-1Ca alloy // Corrosion Science. 2020. Vol. 163. Article number 108303. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.108303.

14. Akash G., Chandrasekhar B., Saxena K.K. Effect of equal-channel angular pressing on mechanical properties: An overview // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 45. P. 5602–5607. DOI: 10.1016/J.MATPR.2021.02.317.

15. Cihova M., Martinelli E., Schmutz P., Myrissa A., Schäublin R., Weinberg A.M., Uggowitzer P.J., Löffler J.F. The role of zinc in the biocorrosion behavior of resorbable Mg‒Zn‒Ca alloys // Acta Biomaterialia. 2019. Vol. 100. P. 398–414. DOI: 10.1016/j.actbio.2019.09.021.

16. Ma Y.Z., Yang C.L., Liu Y.J., Yuan F.-S., Liang S.S., Li H.X., Zhang J.S. Microstructure, mechanical, and corrosion properties of extruded low-alloyed Mg-xZn-0.2Ca alloys // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2019. Vol. 26. № 10. P. 1274–1284 DOI: 10.1007/s12613-019-1860-3.

17. Виноградов А.Ю., Васильев Е.В., Линдеров М.Л., Мерсон Д.Л., Ржевская Е.О. Влияние равноканального углового прессования на структуру и механические свойства магниевых сплавов Mg-Zn-Ca // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2015. № 4. С. 18–24. DOI: 10.18323/2073-5073-2015-4-18-24.

18. Tong L.B., Zheng M.Y., Chang H., Hu X.C., Wu K., Xu S.W., Kamado S., Kojima Y. Microstructure and mechanical properties of Mg-Zn-Ca alloy processed by equal channel angular pressing // Materials and Engineering A. 2009. Vol. 523. № 1-2. P. 289–294. DOI: 10.1016/j.msea.2009.06.021.

19. Zhang B., Hou Y., Wang X., Wang Y., Geng L. Mechanical properties, degradation performance and cytotoxicity of Mg-Zn-Ca biomedical alloys with different compositions // Materials Science and Engineering C. 2011. Vol. 31. № 8. P. 1667–1673. DOI: 10.1016/j.msec.2011.07.015.

20. Sun Y., Zhang B., Wang Y., Geng L., Jiao X. Preparation and characterization of a new biomedical Mg-Zn-Ca alloy // Materials and Design. 2012. Vol. 34. P. 58–64. DOI: 10.1016/j.matdes.2011.07.058.


Рецензия

Для цитирования:


Худододова Г.Д., Кулясова О.Б., Нафиков Р.К., Исламгалиев Р.К. Структура и механические свойства биомедицинского магниевого сплава Mg–1%Zn–0,2%Ca. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):105-112. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-105-112

For citation:


Khudododova G.D., Kulyasova O.B., Nafikov R.K., Islamgaliev R.K. The structure and mechanical properties of biomedical magnesium alloy Mg–1%Zn–0.2%Ca. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):105-112. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-105-112

Просмотров: 89


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)