关键词： WE43镁合金   数值模拟   热成形   正交试验  

摘要： 本文通过数值模拟与热成形试验相结合的方法,对WE43镁合金板材的不同热成形工艺参数进行了研究,得到了WE43镁合金板材热成形性能的相关变化规律。利用正交试验优化热成形结果,并进行试验验证。在最优工艺参数下,WE43镁合金热成形件拥有良好的表面与成形精度。本文具体研究内容如下: （1）为了研究WE43镁合金板材在不同温度下流变应力的变化规律,使用Gleeble-3800热模拟试验机对WE43镁合金板材拉伸试样进行单向热拉伸试验,得到了不同温度下WE43镁合金板材的屈服强度、抗拉强度、延伸率等相关力学性能参数。同时,根据所得参数绘制了WE43镁合金板材在不同温度下的真应力-应变曲线,这些数据为热成形数值模拟提供了重要的数据支持。 （2）通过数值模拟的方法研究了不同工艺参数对WE43镁合金板材热成形性能的影响,其结果表明:热成形温度对WE43镁合金板材成形性能影响最大,随着温度的升高,WE43镁合金板材的塑性成形能力得到了提升,当热成形温度大于300℃时,热成形件不再破裂,当温度为350℃时,WE43镁合金板材热成形性能最佳;随着压边力的增大,WE43镁合金板材的减薄率逐渐增加,但起皱有所减少,当压边力大于30k N时板材就会发生破裂;WE43镁合金板材的减薄率在热成形速度过低与过高时都会出现较大的现象;WE43镁合金板材的减薄率随着摩擦系数的增大而增加,当摩擦系数大于0.2时,热成形件因减薄率过大而破裂;在数值模拟过程中,当凸模圆角小于5mm时,热成形件会出现破裂现象。 （3）利用H1F-60伺服压力机对加热后的WE43镁合金板材进行热成形试验,发现,在室温状态下WE43镁合金板材塑性成形的能力较差,在热成形温度为350℃时热成形性能良好。通过观察热成形件起皱部位,发现起皱部位与数值模拟中起皱部位基本一致,当热成形温度低于300℃时,热成形件会在圆角附近发生破裂。通过观察在350℃下热成形件不同部位的金相图发现,不同部位的晶粒大小和形态均有所不同。 （4）通过分析正交试验的极差与方差结果可知:在热成形温度为350℃时,各工艺参数对WE43镁合金板材热成形性能的影响能力,排序为:凸模圆角>压边力>成形速度>摩擦系数。最优工艺参数组合为:凸模圆角为10mm、压边力为20k N、成形速度为3000mm·s-1、摩擦系数为0.05。由数值模拟结果可知,在最优工艺参数下,热成形件最小厚度为0.513mm,最大减薄率为14.442%。通过对比最优工艺参数下热成形试验所得的热成形件厚度与数值模拟中热成形件的厚度,发现两者厚度的变化趋势与大小接近,说明了数值模拟结果的准确性,证实了正交试验结果的可靠性。 图[72]表[26]参[69]

关键词： AZ31镁合金   模拟体液   尿酸   葡萄糖  

摘要： 相较于目前在用的骨科植入物如316 L不锈钢、钛合金和聚合物,镁及其合金具有许多完美的优点:良好的生物相容性、较高的生物安全性、促进骨组织修复性以及优良的生物降解性能。这些特点使得镁合金在人体中降解并被吸收,避免了植入物长期存在人体中的健康风险,消除了二次手术,极大地凸显了其作为新一代革命性骨科生物材料的优势地位。然而镁合金植入的生理环境极其复杂,含有各种无机盐如磷酸盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐等和有机物如葡萄糖、氨基酸、蛋白质、尿酸等,对镁合金的腐蚀行为产生了很大的影响。目前已有大量的研究探讨了各种无机盐、葡萄糖、氨基酸、蛋白质对镁合金腐蚀行为的影响作用机制,而关于尿酸尤其是在葡萄糖存在下的尿酸对其腐蚀作用影响机制的研究相对较少。因此,研究尿酸以及尿酸-葡萄糖耦合因素对镁合金腐蚀行为的影响具有重要意义,对推动镁合金在痛风、高尿酸血症以及高尿酸高糖尿病患者体内的临床应用具有较大的实用价值。 本文研究了AZ31镁合金在含有不同浓度的尿酸（CHNO/UA）和葡萄糖(CHO)的模拟体液（SBF）中的腐蚀行为。采用了扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱（EDS）、X-射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）、拉曼光谱等表面分析手段对AZ31镁合金表面腐蚀产物的形貌、结构、组成进行了分析。采用了电化学阻抗谱（EIS）、动电位极化曲线、析氢法揭示了AZ31镁合金表面原位腐蚀产物保护性能的演变。采用了阳极恒电位极化表征了AZ31镁合金的阳极溶解行为,得到的主要结果如下: （1）UA最初离解为（CHNO）（UA）,并沉淀为（CHNO）Mg(（UA）Mg)。随着（UA）Mg的生成,羟基磷灰石（HA）不断形成,提高了AZ31镁合金的耐蚀性。随后,UA转化为CHNO,并以Ca的形式与HA中的Ca螯合（CHNO）,导致HA损失,削弱了AZ31镁合金的耐腐蚀性。UA对AZ31镁合金的腐蚀有抑制作用,最适浓度为416μM。UA对AZ31镁合金腐蚀的抑制作用与腐蚀产物中（UA）Mg、Mg（PO）和Mg（OH）的含量密切相关。 （2）当模拟体液含有3 m mol/L（简化为mM）葡萄糖时,增加溶液中的尿酸浓度(从200μmol/L（简化为μM）增加至600μM)会提升AZ31镁合金的阴阳极电流密度,加快阴极析氢速度,从而促进AZ31镁合金的腐蚀。当模拟体液含有8 m M葡萄糖时,增加溶液中的尿酸浓度（从200μM增加至600μM）对AZ31镁合金的腐蚀有两个作用:首先,在前3天增加尿酸浓度会提升AZ31镁合金的阴阳极电流密度,加快阴极析氢速度,促进AZ31镁合金的腐蚀,其次会减小AZ31镁合金的阴阳极电流密度,减缓阴极析氢速度,抑制AZ31镁合金的腐蚀。

关键词： AZ31镁合金   粘塑性自洽模型   拉-压不对称性   织构演变   单一变形机制   力学各向异性  

摘要： 镁合金因其低密度,高强度,优良的散热性能和抗震性,在航空、航天、运输、化工以及火箭制造等众多工业领域得到了广泛得使用。然而,镁合金的晶格形态为密排六方结构,这导致其在室温环境中独立滑移系相对较少。镁合金在不同方向载荷作用下的变形机制主要包括滑移和孪生两种基本的塑性变形模式。这两种变形模式的开启量会受到加载路径、应变量、应变速率以及温度等多种因素的影响,表现出显著的各向异性与非对称性。尽管已有研究取得了一定进展,但关于单机制对在不同方向变形下挤压态AZ31镁合金的宏观力学各向异性、其他相对变形机制的激活量及微观织构演变规律的影响研究仍为空白,需进一步深入探讨。 本文通过实验观察和粘塑性自洽(VPSC)理论模型建模,对不同变形条件下的单变形机制进行研究,分析单机制对在不同方向变形下挤压态AZ31镁合金的宏观力学各向异性、其他相对变形机制的激活量及微观织构演变规律的影响。通过只激活或者只抑制某一变形机制,并重点分析了单机制在单轴变形下对拉压不对称的作用。最后,对比了微观结构与模拟织构的吻合度,从而验证了模拟结果的准确性。 得到的主要结论有:(1)结果表明,当试样沿PED方向压缩时,基面滑移导致晶粒发生缓慢而持续的偏转;当样品沿ED方向压缩时,在变形初期,柱面滑移会导致晶粒向挤压方向偏转;当样品在45ED方向压缩时,柱面滑移对织构演变几乎没什么影响。(2)当只激活{1011}压缩孪生的时候,沿着三个方向压缩时晶粒会有不同的偏转方式,分别是:试样沿ED方向和45ED方向压缩时,粒会沿着ND方向发生偏转;当试样沿着PED方向压缩时,晶粒从沿着挤压方向的两侧集中到中心。(3)在拉伸和压缩变形过程中,开启的变形机制不一样导致其应变硬化率的不同。(4)柱面滑移在拉伸变形和压缩变形过程中对晶粒取向起到不同的作用,在拉伸变形过程中对晶粒取向几乎不产生影响,而在压缩变形过程中会导致晶粒向TD方向发生偏转,所以导致了两个过程的应变硬化率的不同。(5)锥面滑移在拉伸变形和压缩变形过程中对晶粒取向偏转的力度不同,在拉伸变形过程中,锥面滑移会导致晶粒发生双极效应,而在压缩变形过程中,锥面滑移只会导致晶粒发生轻微偏转。这极大的影响了拉伸和压缩变形过程的应变硬化率。

关键词： CMT电弧增材   AZ31镁合金   ANSYS-WORKBENCH   动态热源   温度场与应力场  

摘要： 目前,航天航空、船舶汽车等现代化高端装备制造业快速发展,镁及镁合金等绿色、轻量化材料已成为发展的主流,然而,传统工艺流程繁琐,材料利用率低,无法适应未来行业发展的需要。增材制造加工是行业新工艺和新技术,其研发已经成为国内外学者的研究热点,冷金属过渡电弧增材制造(Cold Metal Transfer-Wire Arc Additive Manufacturing,CMT-WAAM)方法具有低热输入、低飞溅,工件成形质量优异等特点,近年来受到市场的广泛关注。本文采用有限元数值模拟方法,对电弧增材制造过程进行数值模拟,优化工艺参数,对其结果进行预测,以减少残余应力对工件的影响,为高性能镁合金的制备提供参考,以期更简便、高效、科学的将电弧增材制造技术应用于工业生产实践中。 (1)采用ANSYS-WORKBENCH有限元模拟软件,以AZ31镁合金结构件为研究对象,模拟了CMT电弧增材过程中的温度场及残余应力场的变化规律。结合实测不同特征点的温度,优化高斯热源模型,建立了AZ31镁合金CMT电弧增材数值模型,并且运用单元生死技术考虑电弧增材过程,模拟结果与实际温度场变化规律吻合。利用求解优化之后的高斯热源方程,模拟了送丝速度分别为9m/min、10m/min、11m/min和12m/min的WAAM温度场变化规律.本文模拟得到的CMT电弧增材的温度场数值结果与热电偶实测温度变化趋势基本一致,温度偏差度10%以内,符合仿真模型偏差的可接受范围,证实了动态高斯仿真模型的合理性和有效性。模拟数据表明,CMT电弧增材制造温度场分布与有效加热半径有关,并且动态热源有限半径增大,增材制造的温度场最大值明显增大,当送丝速度为11m/min时,热源半径3mm增大到3.8mm时,基板插入探针的温度下降10℃。温度场计算结果和实测数据产生偏差的原因是:外推法以及Jmat-Pro软件模拟计算结果与实测值自身存在一定误差。因此,本文设计的高斯动态热源模型能够比较准确的模拟CMT增材制造过程中温度场以及应力场的变化规率。 (2)在不同送丝速度条件下WAAM温度场及应力场模拟结果表明,随着送丝速度不断增大,热量输入也不断增加,残余应力则越大,当送丝速度为12 m/min时,增材件最大等效应力值可达41.2 MPa,且残余应力分布主要集中在沉积层及沉积层与基板交界处。 (3)在不同层间冷却时间30s、60s以及90s的条件下,对单道多层WAAM温度场及应力场模拟结果表明,“Z”字形沉积方式可以增加增材件成形性,随着层间冷却时间增加,成形件的热累积量呈降低趋势。且电弧增材制造的残余应力分布范围更小,整体应力积累值更低;随着冷却时间增加,增材件的最大等效应力值分别为199 MPa、84 MPa和79MPa.结合纵向应力及横向应力分布图分析,当层间冷却时间为60s时,为最佳打印的参数值。

关键词： 超分子水凝胶   氧化石墨烯   透明质酸   药物释放   生物相容性  

摘要： 超分子水凝胶作为生物材料已被广泛应用于医疗领域,但是因为其强度低和稳定性差,在应用于敷料、支架和药物载体时仍存有一定局限性。为了提高超分子水凝胶的力学性能,本研究设计了以透明质酸(HA)接枝β-环糊精(β-CD)和氧化石墨烯(GO)为主体聚合物,四臂聚乙二醇(PEG)接枝金刚烷(AD)为客体聚合物,利用环糊精和金刚烷官能团的主客体相互作用成功制备出了氧化石墨烯-透明质酸-聚乙二醇超分子水凝胶(GHCAP)。与未添加氧化石墨烯的透明质酸-聚乙二醇超分子水凝胶(HCAP)相比,GHCAP的弹性模量显著提高,并且在相同环境下GHCAP对菊苣酸药物的负载率达到43.38%。所构筑的超分子水凝胶GHCAP有望应用于组织敷料和药物载体等医用生物材料领域。

关键词： 热轧   感应加热   镁合金   显微组织   硬度  

摘要： 将AZ31镁合金铸板制备成尺寸为50 mm×30 mm×5 mm的试板。对试板进行400℃保温3 h水冷的固溶处理。随后对试板进行异温轧制,即通过在液氮中冷却和感应加热在试板中形成梯度温度场,随后感应加热不同时间后立即对试板进行多道次不同压下量的热轧。轧制后检测了试板的显微组织、显微硬度和拉伸断口的形貌。结果表明:感应加热轧制的AZ31镁合金试板表层组织细小,向内逐渐粗化,具有梯度结构;从试板表层到心部显微硬度先下降后升高再下降;试板表层拉伸试样为典型的脆性断裂,而心部拉伸试样以韧性断裂为主。

关键词： 锁骨   骨髓炎   清创   载抗生素人工骨  

摘要： 目的探讨病灶清除联合载抗生素人工骨治疗锁骨骨髓炎的疗效。方法回顾性分析2012年1月至2022年6月河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)收治的45例锁骨骨髓炎患者资料。根据手术方法不同分为两组,观察组(n=24)采用病灶清除联合载抗生素人工骨植入术;对照组(n=21)采用病灶清除术。比较两组患者手术时间、引流管放置时间和伤口愈合时间,术前及术后14 d白细胞(WBC)、C反应蛋白(CRP)、红细胞沉降率(ESR)等血清炎性指标控制情况,术前与术后1个月视觉模拟评分(VAS)及术后12个月Constant肩关节功能评分,随访有无感染复发及并发症发生情况。结果45例患者均顺利进行手术,均获随访13~35个月,平均(23.53±5.11)个月。两组患者治疗情况比较,观察组的手术时间和引流管放置时间均长于对照组(P<0.05),伤口愈合时间比较差异无统计学意义(P>0.05);两组术前与术后14 d的WBC、CRP、ESR血清炎性指标、术后1个月视觉模拟评分(VAS)和术后12个月Constant肩关节功能评分比较均显著改善,差异均有统计学意义(P<0.05),且观察组Constant肩关节功能评分优于对照组(P<0.05)。随访过程中,观察组2例(8.33%)感染复发,优于对照组5例(23.81%);观察组2例出现无菌性渗出并发症;观察组1例骨缺损不愈合,对照组5例,经二期髂骨植骨后骨缺损均愈合,余均未出现无菌性渗出、骨缺损和病理性骨折并发症。结论病灶清除联合载抗生素人工骨治疗锁骨骨髓炎可有效控制感染,保留锁骨的外形与功能,降低术后感染复发率,手术操作简单,且无严重并发症,值得临床推广。

关键词： 铸造镁合金   熔模铸造   发展现状  

摘要： 梳理了镁合金熔模铸造技术所涉及的铸造镁合金类型、熔炼浇注方法、熔体与型壳界面反应机理研究、型壳制备工艺以及镁合金熔模精密铸件的应用情况,提出了镁合金熔模铸造中存在缺乏型芯技术的技术问题。认为镁合金熔模精密铸造技术对于满足结构材料轻量化需求有着明显的优势,具有良好的应用前景。