[發(fā)明專利]一種含微量鐿的鎂合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110594310.0
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113293330B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李路;劉純榮;張存才;周偉;白雪;鐘慧玲;蔣靜雯
• 申請（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/02;C22F1/06
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本發(fā)明公開了一種含微量鐿的鎂合金及其制備方法，所述鎂合金中鐿的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5~1.5%，制備步驟包括熔煉→固溶→熱擠壓→退火。本發(fā)明通過添加微量鐿顯著提升純鎂的綜合性能，具有良好的強度、塑性、耐腐蝕性和細(xì)胞相容性，可用于制備可降解醫(yī)用植入物的備選材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)用金屬材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含微量鐿的鎂合金及其制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金由于其密度小、比強度、比剛度高成為近年來的一個結(jié)構(gòu)材料研究熱點。純鎂密度為1.73 g/cm3，約為鋁密度的2/3，鋼密度的1/4，是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。在提倡節(jié)能環(huán)保，追求輕量化的今天，鎂合金的優(yōu)勢顯而易見。鎂合金還具有很多其他優(yōu)點，如良好的鑄造性能、機械加工性能、阻尼性能和電磁屏蔽性能。此外，其優(yōu)異的生物相容性，也使鎂及其合金成為潛在的醫(yī)用材料：鎂合金具有和人體骨骼相近的理學(xué)指標(biāo)，如彈性模量、抗壓屈服強度等，可以作為人體骨骼的替代品，另外，Mg自然存在于人體骨骼，參與多種體內(nèi)新陳代謝活動，是人體所必需的微量元素之一，有著良好的生物醫(yī)用前景。因此，鎂合金材料被廣泛地應(yīng)用于航空航天、交通運輸、3C電子、生物醫(yī)療等各個領(lǐng)域。

然而，鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料，也有其無法回避的缺點。盡管鎂合金擁有比強度、比剛度高、機械加工性能好的優(yōu)點，但作為工程結(jié)構(gòu)件，它的絕對強度與鋼和鋁等傳統(tǒng)材料相比還有很大的差距。同時其室溫下可開動的滑移系有限，室溫塑性差也是其大規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸。另外，鎂的平衡電位很低，化學(xué)性質(zhì)活潑，與其他不同類金屬接觸發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時，經(jīng)常作為陽極優(yōu)先被腐蝕。而且表面形成的腐蝕產(chǎn)物薄膜比較疏松，達(dá)不到保護基體的作用，反而更容易引起腐蝕離子的滲透，進一步加速腐蝕反應(yīng)進行。其絕對強度低、不耐腐蝕等缺點嚴(yán)重制約其廣泛應(yīng)用。

鑒于此，本發(fā)明提供一種含微量鐿（Yb）的鎂合金及其制備方法。通過微量鐿添加并設(shè)計變形和熱處理工藝，獲得強度、塑性和耐腐蝕性能的改善，較純鎂綜合性能全面提升。具有成本低、性能好、制備流程短、效率高的優(yōu)點，可作為醫(yī)用可植入材料的備選。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本高性能鎂合金材料及其制備方法，本發(fā)明制備的鎂合金具有良好的力學(xué)性能、生物相容性和耐腐蝕性，且可通過鐿含量調(diào)控強塑性匹配以適應(yīng)不同醫(yī)用植入物材料的使用要求。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服上述背景技術(shù)中純鎂作為結(jié)構(gòu)材料在力學(xué)性能和耐腐蝕性能方面的技術(shù)劣勢，提供一種成分簡單，強度、塑性和耐腐蝕性能較純鎂有顯著提升的低成本鎂合金材料及其制備方法。該鎂合金材料晶粒等軸細(xì)小、第二相密度低，抗拉強度≥ 200 MPa，屈服強度≥ 100 MPa，延伸率≥ 5%，按照ASTM G31-72的浸泡標(biāo)準(zhǔn)，在37±0.5℃模擬體液中恒溫浸泡的腐蝕速率≤5 mm·year^-1。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

首先優(yōu)選合金成分和含量，并借助合理的熔煉澆鑄工藝充分發(fā)揮Yb對鎂合金凝固組織的細(xì)化作用，細(xì)化鑄態(tài)晶粒尺寸并凈化熔體，從源頭上改善初始錠坯的質(zhì)量；再固溶使殘留的粗大第二相回溶入基體中；隨后對鑄坯進行等溫?zé)釘D壓，使鑄態(tài)柱狀晶粒等軸細(xì)化；最后進行高溫退火處理，回復(fù)熱變形殘留的高密度位錯，回溶粗大第二相和動態(tài)析出相，確保Yb充分固溶入基體，減少局部腐蝕傾向，最終得到室溫強度、塑性和耐腐蝕性良好的鎂合金塊料。該方法立足于稀土含量的選擇、坯料初始狀態(tài)的控制以及變形、熱處理工藝的優(yōu)化。結(jié)合熔煉、固溶、擠壓、退火成套工藝組合，系統(tǒng)調(diào)控晶粒尺寸、形貌、位錯密度、殘余第二相含量、Yb的存在形式和分布。利用微量Yb的固溶強化增塑效果，獲得鎂基體強度和塑性的同步提升；同時，基于Yb固溶后可穩(wěn)定基體提升耐腐蝕性能的發(fā)現(xiàn)，擬定變形后高溫退火的加工策略，通過降低殘余位錯密度、回溶第二相來抑制局部腐蝕傾向，在保證強度增加塑性的同時顯著提升耐腐蝕性能。最終獲得合金強度、塑性和耐腐蝕性能的全面提升。以低成本、短流程制備出高性能的鎂合金材料。