关键词： AZ31B镁合金   Johnson-Cook模型   应变率   拉压非对称   金属薄壁管  

摘要： 随着汽车轻量化的普及,越来越多的镁合金材料被用于汽车部件,与此同时,汽车的被动安全性能不容忽视。结构的安全性一方面取决于所用材料的力学性能,另一方面也与结构的耐撞性相关。而在汽车的构架中,金属的应用一般是薄壁管结构,因此研究镁合金材料的力学性能以及镁合金薄壁管的耐撞性能具有重要意义。本文首先对AZ31B镁合金挤压成型薄壁管材料进行了准静态单轴拉伸、圆形缺口拉伸(R20、R5和R2.4)、直角缺口拉伸、剪切、压缩和1/s至1000/s应变率的单轴拉伸力学实验。实验结果表明AZ31B镁合金材料塑性硬化曲线有着拉压不对称特性和明显的正应变率效应,同时材料的断裂应变也表现出了明显的应变率效应,而且由于材料所处应力状态的不同其断裂应变也有着差异。基于AZ31B镁合金材料力学特性对Johnson-Cook硬化模型和损伤模型进行改进。根据AZ31B镁合金材料的拉压不对称特性将Johnson-Cook硬化模型的硬化项根据应力三轴度分工况表示为可以描述拉伸和压缩硬化的两种函数形式;在原始Johnson-Cook损伤模型的基础上采用不同的函数分段表示材料的断裂应变;并对硬化和损伤模型的应变率项进行了改进。改进后的硬化和损伤模型对材料力学行为的预测精度有了明显提升。将改进的理论模型开发进LS-DYNA软件的UMAT用户子程序中,并通过实验对开发模型进行验证,发现仿真与实验结果一致性较好,说明了本研究所开发材料子程序模型在仿真应用中的正确性。对AZ31B镁合金薄壁方管和圆管进行不同长径比(1至4)、不同加载速度(3mm/min至5m/s)的轴向压缩实验以及准静态的三点弯曲实验,并分析了不同规格薄壁管变形断裂的规律和特点。根据实验的工况采用开发的UMAT子程序对薄壁管进行有限元仿真验证,验证结果显示开发的子程序模型能够较好地模拟镁合金薄壁管复杂工况的受力情况和屈曲断裂行为。最后根据AZ31B材料的力学特征,以提升镁合金管承载和能量吸收能力为目标设计了三类新型镁合金薄壁结构:纵向厚度梯度变化薄壁管、泡沫铝填充的镁合金薄壁管以及镁、铝合金复合的双层/三层管。将设计的新型结构进行轴向压缩有限元仿真,采用SEA(比吸能)、SCF(比冲击力)等结构耐撞性指标对新型结构进行评估,结果发现镁、铝合金复合管具有较强的承载和吸能能力。本文图53幅,表15个,参考文献81篇。

关键词： 镁合金   耐蚀性   长效服役性   疏水性   耐磨性  

摘要： 镁合金具有质量轻、比强度比刚度高、导电导热性好以及优良的电磁屏蔽性而得到了广泛应用。但是镁合金却是目前工程材料中耐蚀性较差的一种材料,因此严重限制了其广泛的应用推广。且镁合金质地较软,虽然利于切削加工,但同时耐磨性也较差,所以研究使镁合金具有耐蚀耐磨并给其提供长效服役性的优异涂层已经刻不容缓。环氧涂层虽然有良好的耐磨性和耐蚀性,且成本低廉,但环氧树脂固化时会收缩,这会使涂层内部产生孔隙、裂纹等缺陷,随着暴露在腐蚀性介质中时间的增长,这些缺陷的宽度和深度将增加,从而加速腐蚀过程,故单一的环氧树脂涂层不能对镁合金起到长期的保护作用。研究发现添加一些倾向于填充环氧树脂固化收缩时产生的微小缺陷的纳米粒子,可以减少缺陷空间,提高环氧树脂层的交联密度,因此本课题添加改性纳米SiO以阻断腐蚀介质在环氧树脂基体中的扩散路径,从而增强涂层本身的耐蚀性。氧化石墨烯在涂层中可以起到良好的阻隔性。所以本课题分别制备了EP、EP/SiO、EP/GO、EP/GO/SiO涂层,借助金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱仪(ATR-FTIR)表征显微组织的影响、借助电化学工作站,分析每种涂层的耐蚀性以及长效服役性、利用表面润湿角仪测量涂层的水接触角、借助高温摩擦磨损试验机对涂层进行摩擦学实验、并利用真实色激光共聚焦显微镜表征涂层磨损情况。得到的主要结果如下:(1)利用KH560改性纳米SiO,并制备了EP/SiO涂层,该涂层与EP涂层相比提高了涂层表面形貌的平整性。涂层内部形成了三维网状结构,提高了EP涂层的致密性,涂覆复合涂层的镁合金试样自腐蚀电流减小了4个数量级;腐蚀速率减小了5个数量级,由涂层长效服役性看,EP/SiO涂层在3.5 wt%Na Cl溶液里浸泡14天后,没有出现腐蚀介质在涂层内部扩散的情况。疏水角提高到66.8°,磨痕宽度较纯镁合金降低85.6%,深度降低77.9%,磨损体积降低94.5%。(2)利用层层自组装的方法制备了EP/GO涂层,加入GO的环氧树脂涂层表面变的平整,且横截面缺陷消失,涂层耐蚀性得到质的提高,充分体现了氧化石墨烯优异的耐蚀性,但是长效服役性因为GO于镁合金基底间发生的电偶腐蚀下降,GO分散程度待提高,疏水性58.5°,磨痕宽度较纯EP涂层降低63.5%,深度降低63.4%,磨损体积降低84.6%。(3)制备了EP/GO/SiO涂层,涂层内部氧化石墨烯片舒展开,给涂层提供了很好的阻隔性,耐蚀性和长效服役性表现优异,疏水角提高到84.4°,涂层磨痕宽度比EP/GO涂层大了4%,磨痕深度大28.5%,磨损体积高70.6%;磨痕宽度较镁合金降降低80.2%,磨痕深度小88.7%,磨损体积低了70.6%。

关键词： 医用粘合剂   GelMa   HEAA   力学强度   生物相容性  

摘要： 传统的伤口闭合方式多为手术线缝合,但其存在损伤组织、恢复周期长、伤口易感染等诸多弊端,因此采用医用粘合剂来替代针线缝合来闭合伤口成为一种发展趋势。然而,市面上已有的医用胶多存在着强度不足、粘接过程中粘性失效以及降解产物对人体有毒等问题,阻碍了其应用。针对这些问题,本文以医用明胶为原材料,合成一种生物相容性良好、可控聚合的光固化水凝胶-甲基丙烯酰明胶(GelMa),并通过引入甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)及N-羟乙基丙烯酰胺(HEAA)与GelMa进行共混,制备了一种力学强度、粘接性能和生物相容性优良的光固化复合水凝胶医用粘合剂。本文首先通过加入不同含量的甲基丙烯酸酐(MA)对明胶进行改性,制备不同甲基丙烯酰取代度的GelMa,通过核磁氢谱表征特征峰,对特征峰面积进行积分,定量计算GelMa的甲基丙烯酰取代度,当Gel/Ma配比为10:2.5时,GelMa凝胶的甲基丙烯酰取代度为52%时,剪切强度最大,为87 k Pa。为进一步提高GelMa的力学强度,向体系中引入HEMA利用光固化制备GelMa-HEMA医用粘合剂。通过扫描电镜、拉伸测试、含水量测试及抑菌实验表征了其表面形貌、拉伸强度、含水量及抗菌性。研究发现当加入20%GelMa,20%HEMA,1.2%I2959,光照20min时,该水凝胶的强度最高可达452 k Pa,含水量在室温下30 h降到30%。为进一步解决GelMa-HEMA水凝胶室温下失水变脆,粘性差的问题,利用光固化法同时将HEAA和HEMA引入到GelMa体系中制备出GelMa-HEMA-HEAA水凝胶医用粘合剂。通过拉伸测试、猪皮粘接实验及剪切实验考查了HEAA、HEMA、GelMa及引发剂浓度和光照时长等参数对水凝胶拉伸强度、猪皮粘接力、玻璃粘接力等性能的影响。利用流变力学实验、溶胀性能测试及含水量测试对水凝胶的储能模量、溶胀能力及保水性能进行测试。研究发现水凝胶拉伸强度最高达330 k Pa、猪皮粘接力159k Pa、玻璃片剪切强度达1.8 MPa,储能模量达到3 MPa、溶胀率在800%以内、室温下30 h内含水量在50%以上。最后,通过细胞增殖、抑菌实验及炎症因子检测等考察了GelMa-HEMA-HEAA水凝胶的生物学性能。研究发现GelMa-HEMA-HEAA水凝胶无细胞毒性,且对枯草芽孢杆菌(革兰氏阳性菌)和大肠杆菌(革兰氏阴性菌)均具有一定的抑菌效果。通过大鼠伤口闭合实验发现G-H-H水凝胶能够提高伤口愈合速度且能够抑制疤痕组织增生;ELISA炎症因子检测结果显示G-H-H水凝胶对大鼠没有明显的致炎作用,生物相容性良好。

关键词： 医用钛合金   益生菌   抗菌   成骨   生物相容性  

摘要： 随着医疗与科技的不断更新迭代,越来越多的生物材料被研发与应用到人类的疾病治疗和健康恢复中。在外科手术过程中由于器械没有彻底灭菌等原因,造成细菌感染而致使手术失败,进而会严重威胁到病人的健康。常规的治疗手段为注射或者服用大量的抗生素,但是这不仅会产生强烈的副作用,也会造成耐药细菌的产生,增加治疗的风险与难度。全球范围内已出现大量的新型多重耐药型细菌也正威胁着人类的健康,造成大规模的感染与死亡。虽然对医疗器与医用材料进行了反复消毒与灭菌处理,但是也无法保证植入体部位不会被细菌感染,从而造成严重的并发症。细菌吸附在医疗器械和植入体表面,会迅速增殖并生成细菌的生物膜,不仅会破坏植入体表面的生物医用属性,同时也会造成周围组织的病变。表面良好的生物相容性让钛金属植入体在骨科材料中广泛运用,但是骨整合能力一直有待提高,材料表面产生生物惰性的情况也严重影响了骨植入手术的成功率。骨科植入物对预防与多药耐药细菌有关的感染并同时改善骨整合性有很大的需求。在这里,我们开发了食品级的益生菌生物膜去修饰植入体来抑制耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)感染并加速骨骼整合。干酪乳杆菌培养在经碱热处理的钛基质表面上,并通过紫外线照射使其灭活,从而避免了活菌引起的败血症。由于乳酸和细菌素的产生,这种灭活的干酪乳杆菌生物膜对耐药金葡表现出极好的99.98%的抗菌效果。另外,干酪乳杆菌生物膜中的多糖刺激巨噬细胞分泌大量成骨细胞因子,例如制瘤素M(OSM),并改善钛植入物的骨整合。灭活的益生菌修饰可以成为赋予植入物优异的自我抗菌活性和成骨能力的一种有前途的策略。研究的内同具体包括如下几点:1、基于钛金属植入体构建具有生物相容性的功能化益生菌生物膜首先,将钛片表面抛光打磨并在去离子水中清洗;在浓度为4 M的氢氧化钠(Na OH)溶液中,在80℃的温度下反应1.5 h,通过碱热法在钛片表面形成多空的微观结构;将干酪乳酸菌原菌液与碱热好的钛片共同培养,在表面形成致密的干酪乳酸菌细菌生物膜,并通过紫外照射灭活细菌;通过浸泡法测定在28天后和干酪乳酸菌细菌生物膜的稳定程度;通过细菌平板涂布法可以观测干酪乳酸菌细菌生物膜的抗菌效果,通过观察细菌的形貌来观测抗菌后致病菌的损伤程度;通过MTT和细胞荧光的形貌检测样品本身的生物相容性。2、具有巨噬细胞免疫响应的功能化益生菌生物膜将覆有干酪乳酸菌细菌生物膜的钛片与巨噬细胞共同培养12 h;通过MTT检测干酪乳酸菌对巨噬细胞的生物毒性,通过细胞荧光形貌检测干酪乳酸菌对巨噬细胞的影响;通过酶联免疫吸附测定法从蛋白的层面检测巨噬细胞在干酪乳酸菌细菌生物膜的作用下所产生的生物免疫反应;通过实时荧光定量PCR可从核酸层面检测巨噬细胞在干酪乳酸菌细菌生物膜的作用下所产生的细胞内部的反应;通过转录组学进一步确定巨噬细胞在干酪乳酸菌细菌生物膜的作用下免疫响应的细胞内通路;通过流失细胞仪检测出巨噬细胞分化的方向。3、基于钛金属植入体促进间充质干细胞成骨分化的功能化益生菌生物膜为确定巨噬细胞在干酪乳酸菌细菌生物膜的作用下所产生的免疫响应能够对间充质干细胞的成骨分化是否有促进效果,取巨噬细胞与干酪乳酸菌细菌生物膜共培养12 h后的细胞上清液,将细胞上清液与间充质干细胞共同培养;通过碱性磷酸酶ALP和茜素红染色检测间充质干细胞在7天和14天的成骨分化的效果;通过实时荧光定量PCR检测间充质干细胞从核酸层面所表现的成骨分化的效果;在动物外科实验中,将覆有干酪乳酸菌细菌生物膜的钛钉植入到大鼠的胫骨处,通过对骨组织的病理切面和Mciro-CT的模型分析,更直观分析出干酪乳酸菌细菌生物膜可以促进间充质干细胞的成骨分化,也加速同类型材料在骨科手术中的应用。

关键词： 镁合金   热轧变形   微观组织   力学性能   强化机理  

摘要： 稀土镁合金是一种重要的合金产品，具有较好力学性能，尤其Mg-Gd系变形合金具有优良的时效硬化特性，在航空航天、国防军事和交通工具中具有广泛应用前景。然而，镁合金具有较差的塑性成形性，导致其综合力学性能不佳，因而限制它在工程中的广泛应用。因此研究开发高性能稀土镁合金材料具有重要的实践理论意义。本论文设计、制备了Mg-12Gd-1Er-0.5Zr(wt.％)合金，利用OM、XRD、EBSD、TEM等测试方法研究了铸态、固溶态、挤压态、轧制态、轧制+退火态等不同状态下合金的显微组织演变规律及力学性能，探索合金的组织结构对力学性能的影响规律，揭示了合金的强化机理。获得以下主要研究结果:　　对Mg-12Gd-1Er-0.5Zr合金进行轧制变形前预处理，研究了铸态、固溶态、挤压态合金的组织及力学性能。研究表明:铸态合金主要由α-Mg和粗大的Mg5(Gd，Er)共晶相组成，第二相强化成为铸态合金的主要强化方式，其屈服强度、抗拉强度、延伸率分别为201±1MPa、250±1MPa、1.7±0.1％;经过520℃，4h固溶处理，合金组织较铸态更加均匀，且粗大第二相基本消失，减少了潜在裂纹源的存在，使延伸率提高至5.0％，提升了194％;对固溶态合金进行热挤压变形，合金的平均晶粒尺寸由53.43±0.44μm降至30.87±3.17μm，晶粒细化对合金强度和延伸率的提升有促进作用。同时挤压变形后合金产生明显的丝织构特征，对合金强度的提升起到积极作用，使合金获得屈服强度为210±10MPa，抗拉强度为325±8MPa，延伸率为11.3±0.4％的优良性能。　　对Mg-12Gd-1Er-0.5Zr挤压态合金进行不同轧制温度(385℃，410℃，435℃，450℃)轧制变形。研究结果表明:轧制变形后，合金晶粒组成由等轴晶转变为大的变形晶粒和细小的动态再结晶晶粒，对应平均晶粒尺寸由30.87±3.17μm减小至20μm以下，随着轧制温度升高，平均晶粒尺寸呈上升趋势;相比较挤压态合金，轧制终态合金织构强度明显升高，轧制温度越高织构强度越高，其中轧制温度为450℃合金的织构强度高达22.34;同时轧制变形过程中产生大量动态析出相Mg5(Gd，Er)相，尺寸约为几百纳米，晶界、晶内均有分布，随着轧制温度的升高析出相的含量先增多后减少;终态合金强度随轧制温度的升高呈现出先增强后降低的趋势，延伸率呈上升的趋势，其中轧制温度为410℃时合金的屈服强度和抗拉强度均可分别达到367±1MPa，401±2MPa，这是因为晶粒细化和第二相起主要强化作用;当变形温度为450℃时，合金具有最高的延伸率为11.3±0.4％，这是因为温度的提高使得合金内部残余应力减小，加工硬化效果明显减弱。　　对Mg-12Gd-1Er-0.5Zr轧制态合金进行200℃时效处理。结果表明:相比较轧制态合金，时效后不同状态下的合金组织内部均产生了大量弥散分布的细小沉淀相β"和β''于晶界处及晶粒内部，通过与位错的交互作用提高合金强度。其中轧制温度为435℃的合金具有最佳力学性能，其屈服强度、抗拉强度分别为493±6MPa、534±2MPa。

关键词： 纳米金   气凝胶杂化材料   人工血管   一氧化氮   生物相容性  

摘要： 心血管疾病是发病率和死亡率最高的疾病之一,使用血管移植物来替换或绕过受损的血管是一种有效的治疗方式。但血管移植后面临的血栓形成、新生内膜增生等问题是想长期使用血管材料亟需克服的瓶颈问题。解决人工血管材料血液相容性问题的一种有效方法是在血液/材料界面处模拟正常内皮细胞释放一氧化氮(NO),可有效抑制血小板黏附和激活,防止血栓形成。现有负载NO供体的血管移植物材料具有很大的局限性,而本论文研究的新型纳米金具有原位催化体内内源性供体S-亚硝基谷胱甘肽释放NO的能力,可以克服现有NO供体材料的局限性,但纳米金在体内单独使用时具有一定生物毒性,限制了其进一步的应用。因此,本论文基于N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶液溶解纤维素的体系,通过向该纤维素溶液中加入四氯金酸(HAu Cl)溶液,直接形成纳米金粒子附着在纤维素表面的纳米金-纤维素纳米复合体。此外,本论文创新性的提出了冷冻干燥制备纤维素基纳米金气凝胶杂化材料的技术方案,并进一步通过对材料进行表征,证实了纤维素表面确实有纳米金粒子附着。本论文制备的纤维素纳米金气凝胶杂化材料能够实现仿生血管界面催化体内内源性供体S-亚硝基谷胱甘肽(GSNO)生成NO的功能,可通过调节制备复合体时加入的氯金酸溶液浓度来调控纤维素表面纳米金粒子的数量,间接调控NO的释放速率,材料还展现出长期、稳定、持续催化NO释放的能力。此外,在体外生物相容性的评价体系中,证实了在纤维素纳米金气凝胶可以促进内皮细胞的粘附和增殖,有利于增加细胞活性,为基于该种纳米复合体构造催化功能可调的人工血管内壁支架材料提供了基础。本研究制备的气凝胶杂化材料有望将来应用于组织工程中的人工血管,阻止人工血管植入人体后血栓形成和血管再狭窄的发生。

关键词： Mg-Y-Sm-Zn-Zr   激光选区熔化   成形性   微观组织   显微硬度  

摘要： 镁合金作为最轻的金属结构材料在轻量化领域具有广阔前景,但镁合金高温力学性能差,限制了其工业应用。研制新型耐热镁合金并开发近终形成形工艺是近年的研究热点。激光选区熔化(SLM)是一种基于逐层成形工艺的增材制造技术,不仅可加工传统工艺难以实现的复杂形状,同时在快速凝固作用下材料偏离热力学平衡可以改善微观组织。当前,关于多组元稀土镁合金SLM工艺研究的相关报道较少。本文选择课题组前期研究的Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr耐热镁合金为实验材料,采用机械研磨的方法制备了合金粉体。从激光功率、扫描速度和粉层厚度等工艺参数出发探索了合金的SLM成形工艺,并通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、显微和纳米硬度测试仪等设备,分析了合金SLM试样的成形性、微观组织和显微硬度。主要研究结果如下:制备了满足SLM成形工艺要求的合金粉体。在球磨时间为6 h,转速为400rpm时,粒径小于70μm的粉体收得率最高为97.34%,粉体形貌由不规则片层状变为颗粒状,粒径分布为40～70μm,平均粒径为55μm。工艺参数影响SLM成形质量。当激光功率为30 W时,试样出现了较为严重的“球化”和空隙缺陷;当激光功率增加到50 W时,Mg元素蒸发产生的反冲压力使试样出现了较多的圆形孔隙。随着激光功率从30 W增加到60 W,成形试样中镁元素的含量与合金名义成分相比均未出现严重的元素蒸发。在激光功率为40W、扫描速度为300 mm/s、粉层厚度为20μm以及扫描间距为80μm时,SLM成形试样的致密度最高为98.6%。与铸态微观组织不同,SLM成形试样的微观组织主要由Mg基体、共晶相(Mg,Zn)(Y,Sm)和YO组成,未发现铸态组织中的Mg(Y,Sm)Zn共晶相和片层状LPSO结构。在扫描轨迹中心区域晶粒形态为细小的等轴晶,其平均晶粒尺寸为1～3μm;在相邻激光光斑间的重叠区域主要为柱状晶。SLM成形试样横截面的显微硬度平均为105 HV,垂直截面为95 HV,均大于铸态合金的显微硬度(81.5HV)。纳米压痕实验发现,共晶相(Mg,Zn)(Y,Sm)的纳米硬度远高于Mg基体,因而显著提高了SLM成形试样的显微硬度。实验合金SLM成形试样的硬化机制为晶界硬化和固溶硬化。

关键词： 镁合金   MAO   超疏水ZrO2-MAO复合膜   超疏水TiO2-MAO复合膜   超疏水性   耐腐蚀性  

摘要： 镁合金由于高比强度、优异的电磁屏蔽性和可加工性在汽车工业、航空航天、生物医疗和电子通信等领域引起了广泛关注。但是镁合金高的电化学活性,使其易于氧化且在室温下易于腐蚀,严重限制了其工程应用。ZrO2和TiO2是一类化学性质稳定的氧化物陶瓷材料,超疏水表面可在金属基体和腐蚀液之间形成一层空气膜并有效阻碍腐蚀性介质与金属基体的相互作用,在镁合金表面构筑ZrO2/TiO2的超疏水层则有望显著提升镁合金材料的耐腐蚀性能。本文采用深紫外（DUV）辅助低温Sol-gel法在微弧氧化（MAO）AZ31B镁合金基底上制备出了超疏水ZrO2-MAO复合膜和TiO2-MAO复合膜,实现了 MAO、沉积耐蚀氧化物陶瓷涂层和构筑超疏水表面三种防腐技术的有机结合,显著提升了镁合金的耐腐蚀性能,并最终探究出了一种提高镁合金耐腐蚀性能的新方法。主要研究工作如下:（1）以正丁醇锆为原料,乙酰丙酮为螯合剂,配制了 ZrO2感光溶胶,研究了在DUV光照作用下,ZrO2凝胶陶瓷化转变的最佳工艺。结果表明:ZrO2凝胶膜在304 nm处具有最强吸收;当DUV光照时间为120min辅助加热温度为150℃时,ZrO2凝胶膜中的有机物可完全分解,ZrO2凝胶膜可完全转变为非晶态的ZrO2薄膜。（2）依次通过MAO和DUV辅助低温Sol-gel法在镁合金基体上制备了ZrO2-MAO复合膜,研究了退火温度对ZrO2-MAO复合膜微观结构、表面形貌和耐性能的影响,并对镁基底、MAO和不同退火温度下的ZrO2-MAO复合膜的耐腐蚀性能进行了对比研究。结果表明:退火温度为400℃时,ZrO2薄膜结晶为四方相结构;且ZrO2-MAO复合膜表面致密均匀、无裂纹;与镁基底相比,ZrO2-MAO复合膜的腐蚀电流密度（icorr）从1.69×10-4 A/cm2降低至9.77×10-8A/cm2,阻抗模量（|Z|f→0）从～103 Ω·cm2增加至～4×105Ω·cm2,耐蚀性提高了近3个数量级,表明ZrO2-MAO复合膜显著提升了镁合金的耐蚀性能。（3）以1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷（FAS）为化学修饰剂,对ZrO2-MAO复合膜进行化学修饰制备得到了具有超疏水特性的FAS/ZrO2-MAO复合膜,对表面化学组成、润湿性能和耐蚀性能进行了表征。结果表明:FAS有机分子层被均匀固载于复合膜表面;ZrO2-MAO复合膜具有微纳米粗糙结构,对水的静态接触角（WCA）小于5°,表现出优异的超亲水性,其经低表面能FAS修饰后所制备的FAS/ZrO2-MAO复合膜的WCA为162°,表现出优异的超疏水性。FAS/ZrO2-MAO复合膜与ZrO2-MAO复合膜相比,icorr从9.16×10-7 A/cm2降低至2.75×10-9 A/cm2,|Z|f→0从～4×105 Ω·cm2 增加至～107 Ω·cm2,耐蚀性能提高了1～2个数量级。（4）以钛酸正丁酯为原料,配制了 TiO2感光溶胶,采用与ZrO2相似的工艺,制备了TiO2-MAO复合膜,探讨了修饰前后TiO2-MAO复合膜表面微观结构、表面元素组成、润湿性能和耐蚀性能的变化。结果表明:FAS修饰剂对TiO2-MAO复合膜的表面形貌影响不大,FAS通过Si-OH基团和TiO2薄膜表面的-OH基团间的反应固载于TiO2的表面,形成CF3（CF2）5（CH2）2Si（OTi）3。TiO2-MAO复合膜的WCA为8°,在粗糙结构和低表面能FAS层的共同作用下,FAS/TiO2-MAO复合膜表现出优异的超疏水性,其WCA达到160°。与 TiO2-MAO 复合膜相比,FAS/TiO2-MAO 复合膜的icorr从1.64×10-7 A/cm2 降低至1.31 ×10-9A/cm,|Z|f→0值从～3×105Ω·cm2增加至～2×107Ω·cm2,耐蚀性能提升了近2个数量级。由此可见,超疏水特性的FAS/TiO2-MAO复合膜可有效阻碍腐蚀性介质与金属基体的相互作用,使TiO2-MAO复合膜对镁合金的耐蚀性能进一步提升。

关键词： 镁合金   滞弹性   微塑性   拉压非对称   可逆位错  

摘要： 镁合金具有密度低、比强度高等优异性能,在高端装备轻量化制造领域具有潜在的应用价值。然而,变形镁合金屈服前变形表现滞弹性和微塑性特征,导致实际弹性模量低于理论弹性模量,影响镁合金的高周疲劳使役性能、尺寸稳定性、阻尼性能和成形性能,造成在静态和动态机械设计中弹性模量与阻尼系数等基本设计参数不准确的问题,进而制约变形镁合金大规模应用。本文通过拉伸和压缩循环加卸载实验,研究了AZ31变形镁合金宏观屈服前的滞弹性和微塑性行为,借助材料表征技术和织构分析方法揭示了变形镁合金非线弹性微观机理。选取AZ31轧制板材和挤压棒材为研究对象,研究了不同类型初始织构对变形镁合金非线弹性变形的影响;通过6%的预拉伸应变,研究了预置位错对非线弹性变形的影响。沿轧制板材与轧制方向（Rolling Direction,RD）成0°、45°和90°方向开展了拉伸加卸载和压缩加卸载实验,挤压棒材沿挤压方向开展了拉伸加卸载实验。通过分析极图和取向分布函数（Orientation Distribution Function,ODF）图,厘清了变形镁合金非线弹性的微观机理。研究结果表明:（1）AZ31镁合金屈服前的非线弹性行为具有强拉压非对称性和各向异性。在拉伸过程中以微塑性为主,而在压缩过程中以滞弹性为主。（2）与初始态变形相比,在相同应力作用下预拉伸后微塑性消失,表现出较弱的滞弹性,但依然存在各向异性行为。通过预变形可以提高变形镁合金的弹性变形能力。（3）材料内部的位错运动导致屈服前变形过程中织构发生改变。但是,这种位错没有引起弹性模量的急剧减小。沿不同方向织构引起的Schmid因子差异是非线弹性各向异性的原因。拉伸和压缩非线弹性的非对称性来源于孪生形核对短程位错扩展的抑制作用。（4）构建了包含应力因子的变弹性模量模型,准确表征了AZ31变形镁合金非线弹性的拉压非对称性。