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Effect of Fe Addition on the Microstructure, Corrosion Behavior, and Mechanical Properties of Zn-3.5Al-1.5Cu Alloy for Biomedical Application

  • 31.10.2025
  • Original Research Article

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Abstract

Zn-3.5Al-1.5Cu-xFe (x = 0,0.1,0.3) alloys were prepared by metal mold casting. The effect of Fe addition on the microstructure, corrosion behavior in 3.5 wt.% NaCl solution and simulated body fluid, and mechanical properties of Zn-3.5Al-1.5Cu alloys were systematically investigated. The results revealed that the microstructures predominantly consisted of the η phase (Zn solid solution) and α (Al) + η eutectic. Fe addition refined the grain size of η phase, reduced its volume fraction, and led to the formation of (Fe, Al) Zn13 intermetallic compounds. The microhardness increased with Fe content. The tensile strength rose from 269 MPa (0.1 wt.% Fe) to 284 MPa (0.3 wt.% Fe). The Zn-3.5Al-1.5Cu-0.1Fe alloy exhibited the highest elongation (2.8%), representing a 55.56% improvement over the Fe-free alloy. Fracture analysis indicated predominantly cleavage fracture. Electrochemical testing and immersion testing demonstrated that Fe addition reduced the corrosion rate. Specifically, the alloy adding 0.1 wt.% Fe exhibited the lowest self-corrosion current density (5.855 μA cm−2) and corrosion rate (74 ± 3 μm year−1) in electrochemical test.

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Titel
Effect of Fe Addition on the Microstructure, Corrosion Behavior, and Mechanical Properties of Zn-3.5Al-1.5Cu Alloy for Biomedical Application
Verfasst von
Yan Zhang
Hongxing Wang
Hong Cai
Tao Zhou
Hao Cao
Kairun Huang
Publikationsdatum
31.10.2025
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Engineering and Performance
Print ISSN: 1059-9495
Elektronische ISSN: 1544-1024
DOI
https://doi.org/10.1007/s11665-025-12580-w
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