鎂及其合金是金屬工程材料中密度較低的合金，由於鎂的生物相容性，最近被認為是可吸收植入物和生物裝置的候選材料。然而，晶體鎂合金在體內往往表現出快速的降解率。與晶體鎂合金相比，鎂基非晶合金或大塊金屬玻璃(BMGs)往往表現出相當慢的、依賴於成分的降解/離子釋放速率，並表現出相當高的強度、彈性應變極限和較低的彈性模量。
在過去的幾十年中各種鎂基BMG已被大量研究，Mg-Zn-Ca和含有貴金屬的BMG系列(如Mg-Pd-Ca/Yb)是現有研究的主要方向，其中Mg、Zn和Ca被認為是營養物質，在規定的離子釋放速率內，Yb被發現有利於增強鎂基骨髓基質細胞的細胞活力，Pd被認為是可吸收鎂基合金中的生物相容性成分。然而，許多鎂基BMG有脆性失效的趨勢，這是由於它們的原子鍵合性質和在室溫下的漸進結構弛豫。為了提高鎂基金屬玻璃的延展性進行了許多嘗試，已證實富溶劑Mg-Pd-Ca和Mg-Pd-Yb合金能夠增強成形性，但是影響機理尚不明確。
澳大利亞新南威爾士大學的研究人員開發了一種溶劑型非晶合金的設計方法。Mg87Pd7Ca6、Mg86.5Pd7.5Ca6、Mg86.43Pd7.69Ca5.88、Mg86.5Pd7.5Yb6和Mg86.43Pd7.69Yb5.88合金的臨界鑄造厚度為670-750μm。含鈣玻璃的硬度為2.7-3.2GPa，楊氏模量為62-64GPa，密度為2.15-2.35g/cm3，含Yb玻璃的密度為2.81-2.96g/cm3。相關論文以題為“Solvent-rich magnesium-based bulk metallic glasses in the Mg-Pd-Ca and Mg-Pd-Yb alloy systems”發表在Scripta Materialia。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114120
研究發現Mg-Pd-Ca系統的幾種合金在主要結晶和前一個明顯的放熱基線轉移(0.06-0.08 W/g)結晶後表現出放熱曲折，表明與α-弛豫(玻璃化轉變)相關的結構弛豫引發主要結晶，類似於其他低相對玻璃形成能力(GFA)的鎂基BMGs。在Mg-Pd-Ca和Mg-Pd-Yb玻璃的反晶化過程中，通常會出現三個預期的二元平衡相結晶過程(α-Mg、Mg6Pd和Mg2[Ca, Yb])。在Mg86.5Pd7.5Ca6和Mg87Pd7Ca6附近的Mg-Pd-Ca體系(約472℃)富鎂區發現了普遍的三元共晶反應。Mg85Pd6Ca9和Mg85Pd5Ca10合金具有較低的GFA，其DSC資料顯示，Mg85Pd6Ca9和Mg85Pd5Ca10合金在約461℃時開始熔化，與Mg-Pd-Yb合金的熔化溫度相似。
圖1 富溶劑體系的三元相圖(a) Mg-Pd-Ca和(b)Mg-Pd-Yb
圖2 (a) Mg-Pd-Ca和(b) Mg-Pd-Yb樣品DSC結果和(c) Mg-Pd-Ca和(d) Mg-Pd-Yb樣品XRD結果
圖3鑄態Mg86.5Pd7.5Ca6合金SEM圖和成分測定
與已報道的具有較高Pd含量的Mg-Pd-Ca/Yb BMG相比，本研究中Mg-Pd-Ca/Yb BMG沒有表現出明顯的更好延展性，但硬度略高(2.9-3.7 GPa)。根據一般的硬度/強度關係，該硬度接近於850-1100MPa的強度範圍。採用奈米壓入法測定了Mg86.43Pd7.69Ca5.88和Mg86.43Pd7.69Yb5.88合金的楊氏模量，分別為62.2GPa和63.7GPa，高於常規鎂基合金BMG。用奈米壓痕法測量了這些合金的硬度值，發現硬度值分別為3.16GPa和2.79GPa，與顯微硬度結果基本一致。由於相對較高的溶質含量，特別是較高的Pd溶質，合金密度通常高於結晶鎂基合金，但低於典型的高溶質鎂基BMG合金。本文發現了一系列新的富鎂(塊狀)金屬玻璃，這類金屬玻璃的研究對深入瞭解多簇結構在富溶劑金屬玻璃形成中的作用、結構對穩定性的影響以及新準晶富鎂相的形成具有重要影響。（文：破風）
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