ВЛИЯНИЯ ТЕРМООБРАБОТКИ НА КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛЕГИРОВАННОГО РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ МАГНИЕВОГО СПЛАВА WE43
Аннотация
В работе с помощью физико-химических методов исследований, таких как сканирующая электронная микроскопия, энергодисперсионная рентгеновская спектро-скопия, рентгенофазовый анализ, изучено влияние термической обработки (Т5) на структуру магниевого сплава WE43. Показано, что поверхность сплава WE43 характеризуется сетчатой микроструктурой, выраженной фазами α-Mg и β-Mg, содержащей редкоземельные элементы (Y – до 3,7 мас.%; Nd – до 1,1 мас.%). Микроструктура термо-обработанного сплава WE43-T5 характеризуется наличием фазы α-Mg и равномерно распределенными фазами глобулярной и пластинообразной форм. В исследуемых образцах наблюдаются контрастные области, относящиеся к металлическим фазам легирующих элементов (Mg41Nd5, Mg12Nd, Mg5Gd, MgY, Mg24Y5). С использованием комплекса электрохимических методов изучено коррозионное поведение сплавов WE43 и WE43-T5 в модельных растворах, имитирующих среду костной ткани: в растворе Хэнка с pH 7,4 и в соответствующем травмированному состоянию костной ткани подкисленном растворе Хэнка с pH 5,0. Установлено, что процесс термообработки магниевого сплава WE43 позволяет снизить скорость коррозии в растворах Хэнка с pH 7,4 и рН 5,0 в 4,4 раза и 2,7 раза, соответственно. Показано, что значения экспоненциального показателя n1 и n2 находятся в пределах от 0,81 до 0,97. Значения экспоненциального показателя, близкие к 1, указывают на то, что элемент постоянной фазы моделирует импеданс распределенного емкостного элемента. Термообработка приводит к увеличению поляризационного сопротивления сплава WE43 в растворе Хэнка (рН=7,4) в 2,5 раза. В растворе Хэнка (рН=5,0) поляризационное сопротивление термообработанного сплава уменьшается на 68%. Значения Rp образцов WE43 и WE43-T5 в растворе Хэнка (рН=5,0) сопоставимы.
Для цитирования:
Поспелов А.В., Касач А.А., Курило И.И., Цыганов А.Р. Влияния термообработки на коррозионные свойства легированного редкоземельными элементами магниевого сплава WE43. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 128-135. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.7076.
Литература
Chen Q., Thouas G.A. Metallic implant biomaterials. Mater. Sci. and Eng.: R: Rep. 2015. V. 87. P. 1-57. DOI: 10.1016/j.mser.2014.10.001.
Rumyantseva N.P., Belova V.S., Balmasov A.V. Investigation of inhibitor influence on corrosion behavior of structural steels. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 11. P. 65–70 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206311.6222.
Zhao X., Chen J., Lin X., Huang W. Study on microstructure and mechanical properties of laser rapid forming Inconel 718. Mater. Sci. Eng.: A. 2008. V. 478. N 1-2. P. 119-124. DOI: 10.1016/j.msea.2007.05.079.
Raffa M.L., Nguyen V.H., Hernigou P., Flouzat-Lachaniette C.H. Stress shielding at the bone-implant in-terface: Influence of surface roughness and of the bone-implant contact ratio. J. Orthopaedic Res. 2020. V. 39. N 6. P. 1174-1183. DOI: 10.1002/jor.24840.
Meenachi P., Subashini R., Lakshminarayanan A.K., Manoj G. Comparative study of the biocompatibility and corrosion behaviour of pure Mg, Mg Ni/Ti, and Mg 0.4Ce/ZnO2 nanocomposites for orthopaedic implant ap-plications. Mater. Res. Express. 2023. V. 10. N 5. 056503. DOI: 10.1088/2053-1591/acd0a4
Chen J., Tan L., Yu X., Etim I.T., Ibrahim M., Yang K. Mechanical properties of magnesium alloys for medical application: A review. J. Mech. Beh. Biomed. Mater. 2018. V. 87. P. 68-79. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2018.07.022.
Zhi P., Liu L., Chang J., Liu C., Zhang Q., Zhou J., Liu Z., Fan Y. Advances in the Study of Magnesium Alloys and Their Use in Bone Implant Material. Metals. 2022. V. 12. N 9. 1500. DOI: 10.3390/met12091500.
Ding W. Opportunities and challenges for the biodegradable magnesium alloys as next-generation biomaterials. Regen. Biomater. 2016. V. 3. N 2. P. 79-86. DOI: 10.1093/rb/rbw003.
Sun J., Fu J., Liu K., Li S., Wang Z., Liang H. A review on magnesium alloys for application of degradable fracturing tools. J Magnes. Alloy. 2022. V. 10. N 10. P. 2649-2672. https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.09.032.
Martynenko N.S., Anisimova N.Y., Kiselevskiy M.V., Temralieva D.R., Raab G.I., Kornyushenkov E.A., Rodionov M.V., Dobatkin S.V., Estrin Y.Z. In Vitro Bio-degradation of Resorbable Magnesium Alloys Promising for Implant Development. Modern Techol. Med. 2020. V. 12. N 6. P. 47-52. DOI: 10.17691/stm2020.12.6.06.
Calado L.M., Carmezim M.J., Montemor M.F. Rare Earth Based Magnesium Alloys – A Review on WE Series. Frontiers in Materials. 2022. V. 8. 804906. DOI: 10.3389/fmats.2021.804906.
Huang S., Hou F., Huang X., Pan F. Effect of Gd and Y contents on the microstructural evolution of long period stacking ordered phase and the corresponding mechanical properties in Mg–Gd–Y–Zn–Mn alloys. Mater. Sci. Eng.: A. 2014. V. 612. P. 363-370. DOI: 10.1016/j.msea.2014.06.063.
Prasad S.V., Prasad S.B., Verma K., Mishra R.K., Ku-mar V., Singh S. The role and significance of Magnesium in modern day research-A review. J. Magn. Alloy. 2022. V. 10. N 1. P. 1-61. DOI: 10.1016/j.jma.2021.05.012.
Vinogradova S.S. Prediction of electrochemical processes of local dissolution of stainless steels. Part 1. Spectral-frequency analysis of potential fluctuations. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 3. P. 73–79 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246703.6944.
Elambharathi B., Kumar S.D., Dhanoop V.U., Dinakar S., Rajumar S., Sharma S., Kumar V., Li C., Eldin E.M.T., Wojciechowski S. Novel insights on different treatment of magnesium alloys: A critical review. Heliyon. 2022. V. 8. N 11. e11712. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e11712.
Myagkova I.N., Evseev A.K., Polyakov N.A., Drovosekov A.B., Goroncharovskaya I.V., Shabanov A.K. Physico-chemical approaches to improve the characteristics of electrosurgical instruments. ChemChemTech [Izv. Vyssh.Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 10. P. 6–13 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226510.6649.
Ghorbanpour S., McWilliams B.A., Knezevic M. Effect of hot working and aging on the monotonic, cyclic and fatigue behavior of magnesium alloy WE43. Mater. Sci. Eng.: A. 2019. V. 747. P. 27-41. DOI: 10.1016/j.msea.2019.01.056.
Cui Y., Shi Y., Zheng J., Yan Z., Zhang J., Zhang Z., Wang Q., Xue Y. Influence of heat treatment on the tensile properties and fatigue properties of Mg-8.8Gd-3.5Y-1.5Zn-0.5Zr alloy. Mater. Res. Express. 2021. V. 8. N 5. 056518. DOI: 10.1088/2053-1591/ac00f1.
Yang Y., Xiong X., Chen J., Peng X., Chen D., Pan F. Research advances of magnesium and magnesium alloys worldwide in 2022. J. Magn. Alloy. 2023. V. 11. N 8. P. 2611-2654. DOI: 10.1016/j.jma.2023.07.011.
Shekhanov R.F., Gridchin S.N., Bratkov I.V., Ershova T.V., Dontsov M.G. Actual methods of electrochemical surface treatment. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 151–158 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6841j.
Vinokurov E.G., Margolin L.N., Farafonov V.V. Electrodeposition of composite coatings. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 8. P. 4–38 (in Russian). DOI:10.6060/ivkkt.20206308.6212.
Esmaily M., Zeng Z., Mortazavi A.N., Gullino A., Choudhary S., Derra T., Benn F., D’Elia F., Muther M., Thomas S., Huang A., Allanore A., Kopp A., Birbilis N. A detailed microstructural and corrosion analysis of mag-nesium alloy WE43 manufactured by selective laser melting. Additive Manufacturing. 2020. V. 3. 101321. DOI: 10.1016/j.addma.2020.101321.
Zumdick N.A., Jauer L., Kersting L.C., Kutz T.N., Schleifenbaum J.H., Zander D. Additive manufactured WE43 magnesium: A comparative study of the microstructure and mechanical properties with those of powder ex-truded and ascast WE43. Mater. Charact. 2019. V. 147. P. 384-397. DOI: 10.1016/j.matchar.2018.11.011.
Xie J., Zhang J., You Z., Liu S., Guan K., Wu R., Wang J., Feng J. Towards developing Mg alloys with simultane-ously improved strength and corrosion resistance via RE alloying. J. Magn. Alloy. 2021. V. 9. N 1. P. 41-56. DOI: 10.1016/j.jma.2020.08.016.
Liu J., Liu B., Min S., Yin B., Peng B., Yu Z., Wang C., Ma X., Wen P., Tian Y., Zheng Y. Biodegradable magne-sium alloy WE43 porous scaffolds fabricated by laser powder bed fusion for orthopedic applications: Process optimization, in vitro and in vivo investigation. Bioactive Mater. 2022. V. 16. P. 301-319. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2022.02.020.
Kasach A.A., Pospelov A.V., Osipenko M.A., Lazorenko G.I., Bogdan E.O., Kasprzhitskii A.S., Kolchanova N.E., Kurilo I.I. Preparation of Chitosan–Graphite-Like Carbon-Nitride Biocoatings on AZ91 Magnesium Alloy. Protect. Metals Phys. Chem. Surf. 2023. V. 59. P. 32-41. DOI: 10.1134/S2070205122700058.
Zeng R.C., Yin Z.Z., Chen X.B., Xu D.K. Corrosion Types of Magnesium Alloys. Chapter Metrics Overview. 2018. DOI: 10.5772/intechopen.80083.
