[發(fā)明專利]一種提高鑄造ZK21鎂合金強度和耐蝕性的方法

有效

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• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108950335B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋仁伯;汪孿祥;蔡長宏
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22F1/06
• 分類號: C22F1/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供了一種提高鑄造ZK21鎂合金強度和耐蝕性的方法。該合金組分及各組分質(zhì)量百分含量為：Zn：1.87％，Zr：0.54％，其余為Mg及不可避免的雜質(zhì)。首先將鑄造鎂合金在箱式電爐中進行固溶處理，固溶溫度為360?400℃，固溶時間為12?24小時，為防止氧化，按照空積比1:100的比例加入黃鐵礦粉末(FeS₂)作為保護。接著，對固溶處理后的鎂合金進行擠壓溫度350℃、擠壓速度3mm/s的擠壓處理，擠壓成棒材。本發(fā)明的優(yōu)點在于：固溶處理后的ZK21合金中，第二相數(shù)量極少，從而有利于減輕電偶腐蝕；擠壓后晶粒細化明顯，提高組織致密性，降低孔隙率，極大地提高了鎂合金的強度和耐蝕性。本合金兼具優(yōu)異的強度和耐蝕性，可以應用在可降解吸收骨釘、骨板等醫(yī)學領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬工藝處理方法，具體說的是一種鑄造ZK21鎂合金的工藝處理方法。

背景技術(shù)

近些年來，鎂合金材料在生物醫(yī)用領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應用前景，一直被廣泛研究。作為一種潛力很大的生物植入材料，鎂合金的優(yōu)勢十分明顯。首先，鎂元素是人體中一種必要的微量元素，在保持人體健康和促進新陳代謝方面起到重要作用；其次，鎂合金材料植入人體后能夠自動降解，減少了像不銹鋼材料等需要二次取出帶來的手術(shù)風險，也減輕了病人的痛苦，而且降解后的鎂合金大部分可以排出人體，不會給人體健康造成傷害；另外，目前常用的金屬植入材料(鈦合金等)的彈性模量與人骨差異較大，造成嚴重的應力屏蔽效應會抑制新骨生長，降低骨骼強度，給傷病恢復帶來不利影響；而鎂合金的彈性模量與人骨相對接近，能夠很好地緩解應力屏蔽效應。

但是鎂合金在生物植入方面的應用還是受到了其性能的限制。一方面，由于鎂的標準電位低，其耐腐蝕性能較差，而且腐蝕后形成的產(chǎn)物疏松多孔、無法有效阻止腐蝕的發(fā)展，更導致其腐蝕性能惡化。表現(xiàn)不佳的耐腐蝕性能會導致鎂合金材料植入人體后降解速度過快，提前失效，影響組織的生長和愈合。另一方面，鑄造鎂合金由于晶粒粗大、組織缺陷較多，其力學性能(主要是強度)不夠優(yōu)異。這也限制了其作為生物植入材料的應用范圍。綜上所述，提高強度及耐蝕性對于生物醫(yī)用鎂合金材料的發(fā)展具有重要意義。

合金化、細晶強化以及熱處理是常見的用來強化合金性能的工藝方法，并且有著良好的效果。Mg-Zn系合金是目前被廣泛研究的一種生物醫(yī)用鎂合金。Zr元素是一種能夠有效細化晶粒的合金元素，并且在熔煉合金時還能夠起到凈化合金組織的作用。固溶處理能夠使得組織中的第二相溶入基體，降低電偶腐蝕作用；擠壓處理能夠有效細化晶粒，通過晶界強化作用來提高合金的強度，同時晶粒細化也能夠一定程度上降低腐蝕速率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有生物醫(yī)用材料存在的不足，提供一種能夠有效提高鎂合金ZK21強度和耐蝕性的方法。本發(fā)明主要是通過固溶處理和擠壓工藝來實現(xiàn)的。

一種提高鑄造ZK21鎂合金強度和耐蝕性的方法，其特征在于：

(1)將鑄造鎂合金在箱式電爐中進行固溶處理；鑄造鎂合金各組分質(zhì)量百分比為：Zn：1.87％，Zr：0.54％，其余為Mg及不可避免的雜質(zhì)；

(2)將固溶處理后的合金再擠壓成棒材。

進一步地，步驟(1)所述固溶溫度為360-400℃，固溶時間為12-24小時，為防止氧化，按照空積比(黃鐵礦粉末在固溶處理過程中會生成SO₂，空積比是指SO₂氣體在箱式電爐中所占體積比)1:100的比例加入黃鐵礦粉末(FeS₂)作為保護。

進一步地，所述步驟(2)具體為：將鑄造鎂合金在擠壓機中經(jīng)過擠壓溫度350℃、擠壓速度3mm/s的擠壓處理，擠壓成棒材。

本發(fā)明將鑄造鎂合金在箱式電爐中進行固溶處理，其目的主要在于使合金中的第二相最大程度溶入α-Mg基體中，減少第二相引起的電偶腐蝕，從而提高合金耐蝕性。