直到今天,针对Mg合金的AM制造依然局限于非常少量的镁合金系统,如AZ系和ZK系以及稀土镁合金。镁合金的AM研究的发展的时间轴也表明:大多数的镁合金AM制造集中在2010年以后,包括3D打印制造复杂形状的具有特殊用途的生物器件。近的研究主要集中在AM制造WE43镁合金棒上。WE43镁合金棒 镁合金是一种Mg-Y-RE系合金。对WE43镁合金棒感兴趣的原因在于合金中含大约4wt%的Y和3%的RE(一般是混合Nd、La和Ce,同时含小于0.5wt%的Zr,Zr的作用是细化晶粒)。含稀土镁合金包括WE43镁合金棒 和WE54, 具有提高室温和高温机械性能的能力(如拉伸和蠕变)。这一性能的提高是靠形成了热稳定性比较高的金属相来实现的。与此同时,耐蚀性和铸造时的合金耐热性(燃点提高)也相应的提高。
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。
美陆军实验室与中佛罗里达大学开展合作研究,对WE43镁合金的增材制造工艺进行了优化。WE43是一种高强度、高抗蠕变的铸造镁合金,可在300℃的温度下使用,具有良好的机械性能和的耐腐蚀性,但该材料以往难以成功实现3D打印。研究人员通过优化激光粉末床熔化工艺,成功获得了全致密(>99%)的3D打印件,并通过改变单元晶格类型、支杆直径和单元晶格数量,研究了24种不同微晶格的结构、压缩属性和断裂模式。该实验室还将进一步评估WE43的高应变率和弹道性能,寻找适合的应用并开展演示验证,如超轻无人机系统和无人车辆组件。该研究有望推动武器系统轻量化,减轻士兵负担,提高燃料效率,提升任务效能。
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。
WE43C试样置于含不同Cl¯浓度的0.1 M NaOH溶液中,试样电位变化情况如图3所示。未进行热处理的EV31A试样在含80 ppm Cl¯的NaOH溶液中浸泡13天后断裂失效,而在含100 ppm和200 ppm Cl¯的溶液中,试样未发生断裂,且在试样弯曲区域(应变区域)未发现任何裂纹。未进行热处理的WE43C试样在含80 ppm、100 ppm和200 ppm Cl¯的溶液中电位相近,试样表现出相似的应力腐蚀开裂抗性。当溶液中不含Cl¯时,未进行热处理的U型EV31A和WE43C试样在0.1 M NaOH溶液中浸泡21天后,两种合金的电位相近,表面存在稳定的薄膜,未观察到裂纹。Cl¯浓度增加,但合金对应力腐蚀开裂的敏感性并未发生明显变化。因此,镁稀土合金的环境腐蚀开裂行为由其表面膜层的稳定性决定,在含80 ppm Cl¯的0.1 M NaOH溶液中的裂纹萌生与合金表面膜层的破裂和阳极溶解有关,裂纹的扩展则可能受氢吸附诱导位错发射机制影响。
FLD实验的困难和费时特性要求对FLD进行数值测定。M-K理论是计算成形极限的的不稳定性理论之一,并在多年来得到进一步发展。结合M-K理论的结晶塑性方法被广泛应用于面心立方(FCC)和体心立方(BCC)板材的成形极限分析。热变形中的DRX建模已经有了一些研究,这些研究通过耦合晶体塑性集成了力学响应、微观组织演变和织构发展的模拟。在他们的工作中,也实施了伴随DRX的超塑性机制,并评估了WE43合金在550 K以上由大量非常小的核引起的另外明显的应力软化。然而,到目前为止,基于晶体塑性的FLD预测还没有将DRX作为一个操作机制,将退火效应作为一个影响因素。