[发明专利]一种具有LPSO和/或SFs结构的镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有LPSO和/或SFs结构的镁合金，其特征在于，包括以下重量百分比组分：Gd：2.5～7.0%，Cu：0.5～3.0%，Zr：0.2～1.2%，余量为Mg；所述Gd和Cu的重量百分含量和不超过9%；其形态包括铸态和固溶态；所述固溶态合金含有体积分数大于8%的LPSO和/或SFs结构。本发明通过调控LPSO以及SFs结构的分布与体积分数，有效控制镁合金腐蚀速率并且达到均匀腐蚀的效果。其制备方法简单易实现，效果显著，可以广泛的应用到工业和生物医用方面。

技术领域

本发明涉及一种镁合金材料及其制备方法，具体涉及一种具有LPSO和/或SFs结构的镁合金及其制备方法。

背景技术

镁及镁合金具有较高的比强度和比刚度，较低的密度，较好的铸造成型性能，良好的阻尼减振性能，优异的切削加工性能和电磁屏蔽性能以及可回收等优点。此外，镁还是包括海洋在内地球表层最为丰富的金属元素，价格低廉。

目前，含铜（Cu）元素镁合金正逐渐成为工业应用和生物应用方面的热点。在Mg-Cu-Zn系列合金（CN 101805864 A，CN 102051511 A）中，Cu能够起到提高Mg-Zn合金的共晶温度、促进相转变、时效硬化以及固溶强化等作用，从而使合金具有较高的室温力学性能。而在Mg-Zr-Cu-Mn合金（CN 1888108 A）中，固溶度较小的Cu能够有效地减少位错弱钉扎点的数量，提高了合金的阻尼性能。中国专利（CN 101397623 A）公布了含铜耐热稀土镁合金及其制备方法，由于Cu元素的时效强化、第二相强化以及固溶强化作用，铸态Mg-Cu-RE合金表现出高强度、高韧性和高抗蠕变性能。相关专利文献（CN 103774070 A，CN 102978497 A，CN 103602865 A）也公布了兼具高强度与高韧性的Mg-Al-Zn-Cu系列铸态合金。中国发明专利公开号：CN 103390440 A，公开了一种抗蠕变镁合金电缆，适量Cu元素的添加使得镁合金的导电性能进一步提高。Cu是人体内必需的微量元素之一，具有调节人体代谢、促进免疫系统和神经的发育、以及强烈的广谱抗菌性。中科院金属研究所的杨柯团队、上海交通大学的戴尅戎团队以及郑州大学的关绍康团队等发现在镁合金中添加Cu元素可以实现长效抗菌、促进成骨以及刺激血管生成等功能，能够在临床医用领域发挥巨大的作用。

然而，目前关于含Cu镁合金的报道表明：Cu含量为1.5 wt%的镁合金（CN101058860 A）在5 wt%的NaCl溶液中的腐蚀速率接近50 mm/year，Mg-0.25Cu二元合金（Biomaterials. 2016, 106: 250-263）在37 ℃的Hank's溶液中的腐蚀速率超过50 mm/year，Mg-0.57Cu二元合金（Scientific Reports. 2016, 6: 27374）在37 ℃的Hank's溶液中的腐蚀速率超过87 mm/year。并且以上文献资料均表明镁合金的腐蚀速率与Cu含量成正比，即Cu的含量越高，合金的腐蚀速率越快。

尽管含Cu镁合金的应用前景广泛，但是大部分研究均着重于改善该系列合金的强度、韧性、耐热性能以及抗菌功能性等，并没有探索出提高其耐蚀性能的有效措施。而腐蚀速率过快和不均匀腐蚀模式一直是限制镁合金广泛应用的瓶颈。因此，当前急需研发腐蚀速率慢、且均匀腐蚀的含Cu耐蚀镁合金。