[發明專利]一種具有連續共晶結構的鎂鋁合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201810906231.7
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN108950334B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 高成德;帥詞俊
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C1/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開了一種具有連續共晶結構的鎂鋁合金及其制備方法，該合金由鎂鋁合金基體和分布在基體晶粒邊緣的連續共晶相組成，其制備步驟包括：(1)將納米鈦粉和鎂鋁合金粉末置于球磨機中，在保護氣氛下球磨得到混合粉末；(2)以該混合粉末為原料，在保護氣氛下通過選區激光熔化制備具有連續共晶結構的鎂鋁合金。本發明在鎂鋁合金制備過程中引入鈦，通過吸引熔池中鋁原子遷移，在晶粒邊緣發生共晶反應生成連續的共晶相；同時利用選區激光熔化凝固速度快的特點，在減少Mg₁₇Al₁₂第二相含量的同時促進連續共晶相的形成，有效減弱了鎂鋁合金的電偶腐蝕作用，提高了其腐蝕抗力；同時具有更好的界面結合，提高了鎂鋁合金的力學性能。

技術領域

本發明屬于合金制備技術領域，涉及鋁鎂合金，特別涉及一種具有連續共晶結構的鎂鋁合金及其制備方法。

背景技術

作為一種極具潛力的生物醫用植入材料，鎂及其合金能夠克服不銹鋼、鈷合金等金屬力學相容性差、不可降解的缺點，而且其降解產生的鎂離子既是人體中重要的陽離子，還是多種酶的輔助因子，已被證明能促進骨形成。因此，如何利用鎂合金可在體內腐蝕降解的特點，設計開發滿足組織修復要求的金屬植入物，成為本領域的研究熱點。目前眾多類型的鎂合金中，鎂鋁合金具有相對較高的腐蝕電位和更優的力學性能，但其晶界上分布的Mg₁₇Al₁₂第二相在生理介質中會與鎂晶粒形成“微電池”效應，導致降解速率過快。因此，減少鎂鋁合金基體晶粒和Mg₁₇Al₁₂相之間的電偶腐蝕成為實現其生物醫療應用的關鍵。

目前，已有研究將鈣、鍶等元素合金化到鎂鋁合金中，通過與合金中的鎂、鋁元素發生反應，生成比Mg₁₇Al₁₂第二相電位更低的新的第二相，從而減小了第二相與晶粒之間的電勢差，提高了鎂鋁合金的抗腐蝕性能。上述方法雖然能夠通過減小電勢差來減弱電偶腐蝕，但減弱程度有限，降解速率還是難以達到要求；另外，合金化生成的新第二相為體心立方或面心立方結構，與密排六方結構的鎂基體界面結合相對較差，在受載荷時裂紋易在兩者界面產生和傳播，從而損害了鎂鋁合金的力學性能。因此，迫切需要探索新的方法在保持甚至提高力學性能的同時，有效降低鎂鋁合金中的電偶腐蝕效應。

作為一種廣泛使用的臨床植入材料，鈦及鈦合金具有生物相容性好、比重小等優良性能。有研究表明，鈦和鋁之間具有比鎂和鋁之間更好的親和性，因此若將鈦添加到鎂鋁合金中，有望利用這種親和力差異來調控第二相的成分和分布，達到調控鎂鋁合金腐蝕性能的目的。目前，相關研究主要集中在通過機械合金化后冷壓燒結，制備含鈦納米晶鎂合金，其中鈦顆粒作為第二相粒子彌散強化了鎂合金的力學性能，但該方法添加的鈦含量較高，沒有考慮鈦和鎂之間較大的電勢差，這會形成強烈的電偶腐蝕，惡化鎂鋁合金的腐蝕抗力。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有連續共晶結構的鎂鋁合金及其制備方法，利用該方法制備的鎂鋁合金含有連續包裹結構的共晶相，能夠顯著提高合金的耐腐蝕性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種具有連續共晶結構的鎂鋁合金，由鈦粉末和鎂鋁合金粉末組成，其中鎂合金晶粒由共晶相包裹，形成連續致密的保護層。

優選地，所述鈦粉末的含量為0.0-2.0wt.％，但不能取0，粒徑為20-100n m，鈦和合金中的鋁原子結合生成鈦鋁第二相。所述鎂鋁合金粉末為AZ61粉末，粒徑為40-80μm。

本發明還提供了一種具有連續共晶結構的鎂鋁合金的制備方法，采用SLM工藝，步驟如下：

(1)將鈦粉末和鎂鋁合金粉末置于球磨機中，在保護氣氛下，球磨得到混合粉末；

(2)以上述混合粉末為原料，通入保護氣氛，通過選區激光熔化制備耐腐蝕鎂鋁合金。