镁稀土合金是通过添加稀土元素,如Gd、Y、Nd等,利用其形成的高温稳定相,以及在镁合金中的固溶度变化,通过固溶强化、弥散强化、时效沉淀强化及细晶强化来提高镁合金的力学性能,特别是高温力学性能,形成的高温稳定相在高温条件下可有效钉扎合金显微组织晶界,从而获得远普通镁合金的耐热性能和使用温度范围。
常用镁稀土合金的应用:如WE43、VW94常用变形镁合金,WE43室温强度达340MPa,250℃高温强度可达275MPa,主要用于卫星支架、横梁,导弹的壳体及舱内结构件等,中铝轻研合金已实现批量生产。
来自麻省理工的研究人采用SLM技术进行了WE43镁合金棒的增材制造。并对沉积态、热等静压和热处理后的组织和机械性能以及腐蚀性能进行了对比研究。SLM沉积态的组织得到细化,优化SLM工艺参数之后进行热等静压,其缺陷率小于0.1%。电化学测试结果表明SLM制造的WE43镁合金棒比铸造态更易腐蚀。这是因为富集了富Zr氧化物的原因且均匀分布,同时由于SLM的快速冷却改变了固溶的基材的组织。氧化物颗粒主要来自粉末。结果表明SLM制造的Mg合金性能可以得到增强,只要对粉末的粉末特征能够更加充分的理解和控制。
尤其是在近的关于研究SLM制造WE43镁合金棒的显微组织以及制造复杂形状的WE43镁合金棒的研究开始做增多。代研究SLM制造WE43的制造支架(指周期性的多孔结构),并研究了在体液中的降解行为、机械性能和生物相容性。结果表明SLM制造的样品呈现出骨替代物的为的替代物特征。制备块体的WE43镁合金棒时的显微组织和机械性能并同铸造状态和粉末挤压态相比较。SLM制造出的样品拉伸强度较高。近的研究表明采用SLM制造的样品并热等静压WE43镁合金棒,开展相应的组织和性能研究。结果发现热等静压之后可以进一步的提高SLM制品的致密度。同时打印和热等静压的产品比传统铸造的WE43镁合金棒的性能要好。
同时进一步的探讨SLM制造镁合金的工艺-显微组织-腐蚀性能之间的关系。尤其是SLM制造镁合金的腐蚀性能,直到今天,研究的尚不多。而镁合金的腐蚀性能的研究是限制镁合金应用的一个关键环节。为了充分发挥AM制造镁合金的优势和发挥出镁合金性能的优势,非常有必要采用AM技术制造镁合金来弥补现阶段的研究短板。因此,本文报道了SLM技术制造WE43镁合金棒的显微组织、电化学性能和腐蚀性能。相应地热等静压和热处理后的显微组织、电化学行为好腐蚀行为也进行了比较研究。
目前美国和欧盟都有很大投入,但都还没有实用化。世界市场的技术现状,德国开发的镁合金WE43脚掌骨骨折固定压缩螺钉,2013CE欧盟批准上市。但WE43的强度劣与我们的材料,德国开发的医用可降解高分子材料的强度,也远远低于我们的材料强度。同时,可降解高分子材料因副作用大,2017年开始,美国禁止使用。
我们的产品一旦通过了药监局的审批,因其优于现在使用的传统产品,国内外各大医院都会采用,市场营销不会像工商业制品那样艰难。相信人体常用的一系列的镁合金植入器械(包括血管支架,脊髓固定部品等)前期投资,技术含量高,后期经济效益一定十分可观。其产业化前景、在国内外销量都会相当可观。
喷涂基板材料为AZ91及WE43镁合金。为实现铁基非晶涂层和镁合金基体的有效结合,在涂层与基体之间添加一层Ni60中间层,其维氏硬度为600~720HV0.2。
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