[發明專利]一種低成本高性能變形鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202210880087.0
• 申請日: 2022-07-25
• 公開（公告）號: CN115233058B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 李路;白雪
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/02;C22F1/06;C22F1/02
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本發明公開了一種低成本高性能變形鎂合金及其制備方法，成分為：0.6～1.0wt.%的Zr；其余為Mg。本發明通過合金熔煉和低溫擠壓并輔以可選擇的退火工序即可快速制備兼具高強度、大塑性、高導熱、耐腐蝕的低成本Mg–Zr合金。該合金具有與純鎂相當的優異導熱性能、耐腐蝕性能和生物相容性，同時也具備顯著高于純鎂的強度和塑性，在電子器件及生物醫用領域具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及鎂合金材料領域，特別是涉及一種耐腐蝕、高導熱、力學性能優異的低成本變形鎂合金及其制備方法。

背景技術

鎂是最輕的金屬結構材料，其密度約為鋁的60％，鋼的20％，具有比剛度高、高導熱、耐腐蝕和生物友好等優點，被公認為是一種可減重、節能、有利于可持續發展的理想結構材料，在電子產品及生物醫用等領域具有廣闊的應用前景。但純鎂絕對強度不足，常溫塑性差，嚴重制約其廣泛應用。國內外普遍通過多元微合金化、添加稀土元素并輔以塑形變形的方法制備高強度大塑性鎂合金。雖然力學性能提升效果顯著，但多組元高含量合金化元素的加入形成復雜的第二相極易造成局部腐蝕并降低熱導率，塑性變形再結晶形成的高密度晶界在顯著強化基體的同時也導致合金整體耐腐蝕性能和導熱性能的劇烈下降，且昂貴的稀土添加也極大提升了鎂合金成本，造成潛在的細胞毒性。因此，如何通過合金成分和含量優選輔以短流程的制備方法，在不損失純鎂優異耐腐蝕性能、導熱性能和生物相容性的基礎上，顯著提升其綜合力學性能是當前低成本高性能變形鎂合金開發的一大難點。

鑒于此，本發明旨在探索一種低成本高性能變形鎂合金及其制備方法。通過優選合金成分和含量并結合短流程制備加工工藝得到優異生物相容性、耐腐蝕性能、導熱性能和綜合力學性能兼備的低成本變形鎂合金材料。具有制備流程短，效率高，成本低，性能好等優點，在電子器件及生物醫用領域具有良好的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本高性能變形鎂合金及其制備方法，具體來說是提供一種成分簡單生物友好的低成本高性能變形鎂合金及其短流程制備方法，該鎂合金兼具高強度、大塑性、優良導熱性和生物腐蝕性能，綜合性能較純鎂顯著提升。

本發明所要解決的技術問題是，克服上述背景技術中鎂合金材料在生物相容性、耐腐蝕性能、導熱性能、強度、塑性和成本方面不可兼得的技術劣勢，通過廉價Zr元素的微量添加，輔以常規短流程制備工藝，獲得以上相關性能兼備的低成本高性能變形鎂合金。使用本方法制備的鎂合金抗拉強度為300~340?MPa，拉伸屈服強度為250~290?MPa，延伸率10~18%；極限壓縮強度為330~350?MPa，壓縮屈服強度為150~180?MPa，極限壓縮率10~20%；熱導率130~140?W?/?(m·K)；按照ASTM?G31-72的浸泡標準，在37±0.5℃模擬體液中恒溫浸泡的腐蝕速率小于3?mm?/?y。該合金成本低，制備方法所需原料易得，流程短，所使用設備常規，具有良好的工業應用前景。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

甄選廉價的Zr為本技術使用的唯一合金化元素并優選其含量為0.6~1.0wt.%。首先借助合理的熔煉澆鑄工藝充分發揮Zr對鎂合金熔體的凈化作用（形成Zr₂Fe₃和ZrFe₂沉降雜質Fe），同時利用略高于Zr在鎂中溶解度（645?℃，0.58%）的添加形成的強成分過冷使凝固組織充分等軸細化，消除鑄造缺陷并優化塑性加工性能，從源頭上改善初始錠坯的質量；隨后對鑄坯進行氣體保護下的固溶處理，利用過飽和的Zr穩定和均勻化鑄態組織提升鎂基體的耐腐蝕性能；最后在較低溫度下實施熱擠壓，使變形前殘留的少量大顆粒富Zr粒子破碎促進再結晶，同時促使過飽和的Zr彌散析出，最終擠壓組織再結晶程度約為50~70%，較低的擠壓溫度可抑制再結晶晶粒長大，細小的再結晶晶粒和粗大變形晶粒呈現雙峰特征。