31411

بررسي تاثير تغيير شكل پلاستيك شديد (ECAP) بر ريز ساختار، خواص مكانيكي و رفتار مقاومت به خوردگي آلياژ WE43 منيزيم

دكتري تخصصي

مهندسي مواد و متالورژي

1396

18/06/1403

دكتر حميد رضا جعفريان/دكتر علي داودي (فردوسي مشهد)

عليرضا ايواني

مهندسي مواد

دانسيته پائين فلز منيزيم و نسبت استحكام به وزن قابل قبول اين فلز در كنار مدول الاستيك نزديك به استخوان، آن را به گزينه¬اي ايده¬آل براي كاربردهايي از قبيل زيست سازگاري تبديل كرده است. در واقع از جمله كاربردهاي زيست¬سازگارپذير منيزيم و آلياژهاي آن، مي¬توان به استفاده در بدن در نقش ايمپلنت¬ها، استنت و بسياري كاربردهاي ديگر اشاره كرد. به دليل ساختار هگزاگونال آن، شكل¬پذيري آن به خصوص در دماي محيط بسيار محدوده است. روش تغيير شكل پرس زاويه¬اي با كانال هم¬قطر از جمله روشهاي جديد غلبه بر محدوديت هاي يادشده اين فلز پركاربرد بوده كه با تغيير در ريز ساختار و بسيار ريز دانه¬كردن آن سبب بهبود خواص مكانيكي شده است. در اين تحقيق تاثير چهار پاس پرس زاويه¬اي با كانال هم¬قطر را بر تغيير ريزساختار آلياژ WE43 منيزيم، رفتار مكانيكي و خوردگي در محيط خوردنده محلول شبيه سازي شده بدن2 در دماي C˚±1 37 بوسيله طيف¬نگاري امپدانس الكتروشيميايي3 ، آزمون پلاريزاسيون پتانسيوديناميك4 و بررسي¬هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي5 در كنار تست¬هاي خواص مكانيكي، مورد بررسي قرار گرفت. نمونه¬ها بر اساس تعداد پاسهاي دريافت كرده (1P (با كرنش معادل 984/0)، 2P (با كرنش معادل 968/1)، 3P (با كرنش معادل 952/2)و 4P (با كرنش معادل 936/3))، محلول سازي شده (ST) و در حالت اوليه (AR) نامگذاري گرديد. نتايج نشان داد، تا پاس سوم تنش تسليم و حد استحكام نهايي نمونه¬ها به ترتيب به مقدار %200 و %62 افزايش يافته در حالي كه در نمونه پاس چهارم به¬مقدار %17 و %10 كاهش پيدا كرده است. تاثير بهبود خواص مكانيكي را مي¬توان مرتبط با كاهش اندازه¬دانه، افزايش دانسيته نابجائيها و رسوب ذرات فاز دوم با تركيب Mg5REدانست كه يا بصورت همزمان يا به¬تنهايي عمل مي¬كنند. نمونه¬هاي پاس دوم (2P) و سوم (3P) نسبت به نمونه¬هاي ديگر مقاومت به خوردگي مناسبي نه تنها در مقايسه با مابقي نمونه¬ها بلكه در گذشت زمان از خود نشان دادند. به بيان ديگر مقاومت لايه دوگانه الكتريكي در اين دو نمونه¬ به ميزان حداقل دو برابر بيشتر از نمونه¬هاي ديگر در زمان¬هاي مشابه بوده است. در واقع توزيع يكنواخت مناطق كاتدي (رسوبات فاز ثانويه Mg5RE) باعث كاهش شدت خوردگي ميكرو-گالوانيك و به دنبال آن كاهش نرخ خوردگي شده است. اين امر در حالي است كه در نمونه پاس چهارم (4P) به¬دليل درشت شدن ذره-هاي كه در پاس سوم تغيير شكل داده¬اند، شدت واكنش¬هاي خوردگي افزايش يافته و اين نمونه¬ها نه تنها با افزايش خوردگي نسبت به ساير نمونه¬ها روبرو هستند بلكه در گذشت زمان نيز مقاومت كمتري در برابر خوردگي از خود نشان دادند.

1403/08/06

Investigating Mechanical Properties, Microstructure changes and Resistance to corrosion of Equal Channel Angular Pressing -Processed WE43 Alloy

9/8/2025 12:00:00 AM

The lightweight of magnesium (Mg) and the proximity of its mechanical properties to those of human bone have earned its attention for biomedical usage. Moreover, it is not only an essential element in metabolic process but also it would degrade naturally in body fluid. The limited slip system caused by their hexagonal close packed structure makes Mg alloys less ductile and workable, making the plastic forming of magnesium alloys at room temperature challenging. One possible way to address limited formability of the Mg alloys, is to produce ultra-fine grain (UFG) microstructures. An effective approach to achieve such microstructure is severe plastic deformation (SPD). Several sub-methods such as Equal Channel Angular Pressing (ECAP), High Pressure Torsion (HPT) and Friction Stir Processing (FSP), among which ECAP has proved to be effective in producing bulk UFG materials. Solution-treated samples are processed using ECAP at 300˚C up to four passes (1P-4P) applying route Bc to improve mechanical properties and corrosion resistance of WE43 magnesium alloy. Results show that the yield strength (YS) and uniaxial tensile strength (UTS) continue to improve up to 3P. All these properties, however, deteriorate in 4P. The improved YS and UTS are attributed to the pinning effect of the precipitated intermetallic secondary phase of β particles with Mg5RE composition, while morphology changes are found to be responsible for the decline in the properties. In other words, needle-like Mg5RE in 1P and 2P samples was broken to spherical in 3P and enlarged in 4P samples which acted as crack nucleation sites. The dynamic recovery is deduced by the occurrence of equiaxed grains along elongated ECAPed one. Among the samples, 2P and 3P samples illustrated better corrosion resistance not only among all the samples but also as a function of elapsed immersion time in SBF media. Better corrosion resistance was related to precipitation of β particles with fair and large volume fraction which served as cathodic reaction sites. Uniform distribution of the reactions not only reduce the severity of micro-galvanic corrosion but also by passing immersion time, anodic reaction dissolved magnesium substrate next to and around β phase and separate them from the surface which resulted loss of cathodic sites and reduction of corrosion. It is believed diminished corrosion resistance of 4P samples not only among the ECAPed samples but also as a function of immersion time, were related to coarsening of spherical β phase. In another word, corrosion reactions amplified and continued while separation of the phase from the surface was delayed due to its larger size.

آلياژ WE43 منيزيم , پرسكاري در كانال هم قطر , خواص مكانيكي , خوردگي , محلول شبيه سازي شده بدن

WE43 magnesium alloy , Equal Channel Anglar Pressing , Mechanical Properties , Corrosion , Simulated Body Fluird

E. Naderi

H.R. Jafarian