[发明专利]一种高强度可降解镁合金及制备方法

说明书

技术领域:

本发明公开了一种高强度可降解镁合金及制备方法，属于合金材料制备技术领域。

背景技术

镁合金具有较高的比强度、比刚度、低密度、高电化学活性、资源丰富等特点，广泛应用于航天、航空、汽车及电池阳极材料等领域。

高强度镁合金的研制主要集中于汽车、航天航空领域，一部分为ZM61、ZK60、AZ系列以及在此基础上添加稀土的变形镁合金，另一部分为添加SiC、碳纳米管、TiC、Mg₂Si等增强相的镁基复合材料。重庆大学研制出高强度的Mg-Zn-Zr-Ce、Mg-Zn-Mn-Ce和Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金，室温抗拉强度最高达到388MPa。哈尔滨工业大学研制了抗拉强度为195～210MPa的碳纳米管增强镁基复合材料，并研究了稀土表面改性对该材料耐腐蚀性能的影响。上述材料在腐蚀性能方面的研究围绕如何提高材料的耐蚀性，而不是可降解活性上，因此这些材料不具备在特定盐溶液中可控的降解速率。

镁合金可降解性能的研究主要集中在生物医用镁合金。作为生物医用材料的镁合金需要具有与自然骨极其相似的机械性能，压缩强度仅为130-180MPa，比如重庆大学研制的高强度、可降解生物医用Mg-Y-Nd-Zr合金的室温抗拉强度也仅达到220MPa。生物医用镁合金的降解环境是人体液环境，因此，必须选用能够被人体吸收或代谢出去的元素进行合金化，如Y、Nd、Zr等元素。同时，由于人体骨骼生长的周期较长，生物医用镁合金的降解速率通常较慢。

国内外对于高强度可控分解镁合金材料的研制未见报导。

发明目的

本发明目的在于提供一种组分设计合理、质量轻的高强度可降解镁合金。

本发明的另一目的在于提供一种工艺方法简单合理、操作方便、制备的合金强度高、分解速度可控的可降解镁合金制备方法。

本发明一种高强度可降解镁合金，包括下述组分，按质量百分比组成：

Al 7-8％，

Pb 2-3％，

Zn 1.5-2％，余量为Mg，各组分质量百分之和为100％。

本发明一种高强度可降解镁合金，合金显微组织为由镁基体和弥散分布于晶内的Mg₁₇Al₁₂相组成的两相组织，晶粒尺寸为60-130微米；其中Mg₁₇Al₁₂相的体积百分含量为2-6％。

本发明一种高强度可降解镁合金，合金密度为1.7-2.7g/cm³。

本发明一种高强度可降解镁合金，合金室温下压缩强度为350-365MPa；70℃，0.5％KCl溶液中的平均腐蚀速率为62.16-71.21mg/cm²/h。

本发明一种高强度可降解镁合金的制备方法，包括下述步骤:

第一步：铸造

按设计的合金组分配比，取各组分，真空熔炼、浇铸，得到铸锭；

第二步：热处理

将第一步所得铸锭于350-420℃进行均匀化退火后，淬火；然后，于180-200℃进行人工时效。

本发明一种高强度可降解镁合金的制备方法，合金各组分的原材料选自纯度大于等于99.9％的所述组分的纯金属。

本发明一种高强度可降解镁合金的制备方法，真空熔炼时，熔炼温度为720-750℃，真空度控制在5×10^-2-5×10^-3帕。

本发明一种高强度可降解镁合金的制备方法，所述浇铸是将合金熔体浇铸至水冷铁模中进行铸造，控制冷却速度为1-10℃/s。

本发明一种高强度可降解镁合金的制备方法，均匀化退火保温时间为4.0-5.5小时；淬火冷却速度为10-100℃/s；人工时效时间8-12小时。

本发明一种高强度可降解镁合金的制备方法，铸锭采用箱式电阻炉进行均匀化退火，淬火在冰水中进行。

本发明在研究合金元素对镁力学和腐蚀分解活性的基础上对镁合金进行合金设计，并设计合理的热处理工艺改变铸态合金中的组织缺陷，调整合金中第二相的分布，提高材料的强度。

首先，发明人通过对合金元素铝、铅、锌对镁合金组织和性能的影响的研究，得出以下结论：