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300 MPa grade highly ductile biodegradable zn-2cu-(0.2-0.8)li alloys with novel ternary phases

Journal of Materials Science & Technology 2023年第26期157卷 234-245页

作者： Meng Cao Zhe Xue Zhao-Yong Lv Jin-ling Sun Zhang-Zhi Shi Lu-Ning Wang Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering State Key Laboratory for Advance Metals and MaterialsSchool of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Orthopedics Department Peking University ShouGang HospitalBeijing 100144China Advanced Technology and Materials Co. Ltd.(AT&M)Beijing 100081China liaocheng People’s Hospital Liaocheng Hospital Affiliated to Shandong First Medical UniversityLiaocheng 252000China

Although a few high-strength biodegradable zn alloys with yield strengths(YSs)over 300 MPa in rolled state have been developed,their elongations(ELs)are generally less than 30%.This study developed rolled zn-2cu-x li(x=0.2 wt.%,0.5 wt.%,0.8 wt.%)alloys with YSs of 316-335 MPa and ELs of 44%-61%.Three-dimensional atom probe(3DAP)and time of flight secondary ion mass spectrometry(TOF-SIMS)were employed to characterize li distribution.Three kinds of Zn-Cu-Li ternary phases are identified,which are blockyε′-(cu_(0.5),li_(0.5))zn 4,blockyβ′-(li_(0.9),cu_(0.1))zn 4,and small roundγparticles with high li content in the annealed state.Other identified phases are zn,β-lizn 4,andε-cuzn 4 phases.With the increase of li content in the alloys,ε′phase with 6.50 at.%cu transforms intoβ′phase with 2.12 at.%cu,i.e.,the average level in the alloys.Withinε′phase,there exist nano-scale li clusters andεphase,resulting inε′/εstructure.Dense zn laths precipitate fromβ′phase,resulting inβ′/zn lamellar structure.The lamel-lar structure is the matrix of zn-2cu-0.8li and leads to near-isotropic plasticity.Electrochemistry tests show that degradation rates fall in the range of 153-196μm/year,which decrease with li content.All the alloys exert positive effects on the growth of MC3T3-E1 cells with 10%extract.This research reveals how microstructure evolves in zn-2cu-x li alloys,which lays the foundation for their future applications.

关键词： Biodegradable zn alloys Zn-Cu-Li ternary phase Microstructure

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