Непрерывное РКУП измельчает зерно магниевых сплавов LZXM2100 и WE22 для рассасывающихся имплантатов
Восемь проходов непрерывного равноканального углового прессования при 250–350 °C дали сверхмелкое зерно в WE22 и менее однородную структуру в LZXM2100.
Международная группа материаловедов применила интенсивную пластическую деформацию методом непрерывного равноканального углового прессования (C-ECAP) к двум биомедицинским магниевым сплавам, LZXM2100 и WE22. Анализ микроструктуры описан в статье, доступной через doi.org. Температура обработки составляла 250–350 °C, восемь проходов дали суммарную эффективную деформацию выше 5,3 springer.com
doi.orgspringer.comОткрыть источник ↗.
Магниевые сплавы рассматривают для рассасывающихся ортопедических и сосудистых имплантатов: их плотность и модуль упругости близки к костным. Но гексагональная плотноупакованная решётка даёт низкую прочность и плохую пластичность при комнатной температуре. Непрерывное прессование, в отличие от обычного равноканального, позволяет обрабатывать длинные заготовки; авторы называют это путём к масштабируемому производству.
Исходный материал и сплавы
LZXM2100, разработанный Fort Wayne Metals, содержит литий, цинк, кальций и марганец. WE22 — сплав со сниженным содержанием редкоземельных элементов: иттрия и неодима в нём меньше, чем в WE43. Оба сплава поставлены в виде экструдированных прутков с вытяжкой 16:1 и скоростью пуансона 4 мм/с. LZXM2100 экструдировали при 300 °C, его средневзвешенный по площади размер зерна — 12,0 ± 5,79 мкм; WE22 экструдировали при 400 °C, размер зерна — 7,50 ± 4,35 мкм.
Рекристаллизация при прессовании
В обоих сплавах преобладала непрерывная динамическая рекристаллизация. В LZXM2100 доля малоугловых границ была высокой, а процесс остался незавершённым. Крупные частицы Mg2Ca размером более 1 мкм стимулировали зарождение зёрен, но из-за малой объёмной доли и неравномерного распределения эффект был локальным. Структура получилась измельчённой, но относительно неоднородной springer.com
doi.orgspringer.comОткрыть источник ↗.
У WE22 структура значительно более однородная, сверхмелкозернистая, с большей долей большеугловых границ. Большинство зёрен полностью рекристаллизовалось, внутренняя разориентация в целом низкая. Авторы связывают это с иттрием и неодимом: они сегрегируют на границах зёрен и ослабляют прерывистую рекристаллизацию за счёт торможения растворённой примесью. Кроме того, обнаружена высокая плотность наноразмерных частиц, богатых редкоземельными элементами, — по данным XRD, вероятно, фаз Mg–Nd и Mg–Y; они ограничивают миграцию границ зёрен.
При суммарной эффективной деформации выше 5,3 размер зерна стал настолько малым, что двойникование, а с ним и рекристаллизация, индуцированная двойникованием, исчезли. На ПЭМ-снимках WE22 видны дефекты упаковки или линии скольжения; авторы объясняют их сниженной энергией дефекта упаковки из-за добавок цинка и редкоземельных элементов.
