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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。
随着我国对新一代武器装备减重的迫切需求,材料设计者不断希望得到强度、重量极轻、耐热温度更高的结构材料。由于WE43镁合金棒镁合金的高比强度优势,在航空航天和武器装备有重大的应用意义;同时部分镁合金制成的零部件还承受空间温度的变化,需要很好的耐热性。在用于制造以上零部件的材料中,镁稀土合金具有轻质、高强、耐热的综合性能特点,可以广泛应用于领域。
在3D打印技术的原因方面,美国陆军除了定期与相关公司合作,也在与一些大学合作。近,中佛罗里达大学的科学家成功地3D打印了一种镁合金,称为WE43。据悉,研究人员开发这种材料并非巧合,而是出于军方的需要。美国士兵经常需要被迫携带极其沉重的包和装备,因此减轻他们的负重是有非常有必要的研究方向。不过,在WE43和粉末激光融合工艺的帮助下,美国陆军和中佛罗里达大学可能已经找到了解决方案。
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。
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。
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