CN103667838B - Mg-Sn-Mn系变形镁合金及其制备方法 - Google Patents
Mg-Sn-Mn系变形镁合金及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种Mg-Sn-Mn变形镁合金及其制备方法。所述镁合金组分及质量配比如下:锡0.5~2%,锰0.5~1.5%,其余为镁;其制备工艺为:1)按照合金成分准备原材料,2)将所选取的原材料熔炼并浇铸或将熔体直接冷却成型获得铸锭,3)均匀化处理所得铸锭,4)挤压加工均匀化处理后的铸锭即得变形镁合金成品。本发明的变形镁合金制备方法简单、成本低廉、综合力学性能优异、生物相容性好、降解速度和力学性能可调,可作为医用材料使用,也可作为普通结构材料使用。
Description
技术领域
本发明属于合金领域,涉及一种镁基合金,特别涉及一种Mg-Sn-Mn系变形镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金用途十分广泛,目前商用镁合金大致可分为铸造镁合金和变形镁合金,铸造镁合金能够成型复杂形状的构件,但室温塑性差,应用范围受限;变形镁合金综合力学性能有所提高,然而现有变形镁合金大多含铝或稀土,含铝镁合金高温性能差,只能在室温下使用,含稀土元素的镁合金虽能在高温下使用,但价格昂贵,使用仍然受到限制。
另外,近年来,镁合金作为骨科植入材料引起了研究人员的广泛兴趣。然而,目前研究较多的医用镁合金,大都含有Al和/或稀土元素,其中合金中的铝是神经毒性元素,而稀土对人体健康的影响也存在争议,一般认为稀土元素在体内的累积将表现出毒性作用。因此,开发一种新型无毒可降解镁合金就显得尤为必要。
因此,有必要开发一种成本低廉,生物相容性好,力学性能优异的新型镁合金。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种成本低廉,生物相容性好,力学性能优异的新型镁合金。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
Mg-Sn-Mn系变形镁合金,按质量计,由以下组分组成:Sn:0.5~2%,Mn:0.5~1.5%,其余为Mg。
进一步,按质量计,由以下组分组成:Sn:0.8-1.2%,Mn:0.5~1%,其余为Mg。
一种制备所述Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,包括以下步骤:
1)原料准备:按所述配比称取纯镁、纯锡和镁锰中间合金;
2)熔炼:将所称取的原材料加热到720-760℃并保温10-30分钟熔炼得镁合金熔体;
3)浇铸:将镁合金熔体浇铸到250-350℃预热后的模具中,冷却得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭加热到400~520℃,保温10-24小时后水冷淬火;
5)挤压加工:200~350℃预热步骤4)的镁合金铸锭,然后在预热温度下挤压,挤压时挤压速度为0.5~3.0m/min,挤压比为10-80:1。
一种制备所述Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,包括以下步骤:
1)原料准备:按所述配比称取纯镁、纯锡和镁锰中间合金;
2)熔炼:将所称取的原材料加入坩埚用电磁感应炉熔化后保温1-10分钟得镁合金熔体;
3)冷却成型:将装有镁合金熔体的坩埚于盐水中冷却得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭加热到400~520℃,保温10-24小时后水冷淬火;
5)挤压加工:200~350℃预热步骤4)的镁合金铸锭,然后在预热温度下挤压,挤压时挤压速度为0.5~3.0m/min,挤压比为10-80:1。
进一步,浇铸前还包括搅拌、静置及除渣步骤,搅拌时间为2-10min,静置时间为5~10min。
进一步,熔炼和浇铸步骤在SF6和CO2混合气体保护下进行。
进一步,所述镁锰中间合金中Mn的质量百分比为4%-6%。
进一步,熔炼和冷却成型步骤在SF6和CO2混合气体保护下进行。
根据所述制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法所制得的镁合金。
本发明的有益效果在于:1)本发明的变形镁合金原料简单易得,制备工艺简单,生产成本低;2)本发明的变形镁合金中含有高熔点的Mg2Sn相,能够在高温环境使用;3)本发明的变形镁合金抗综合力学性能优异;4)本发明的变形镁合金中含锰元素,可降低杂质元素影响,提高镁合金的耐腐蚀性;5)本发明的变形镁合金元素均为人体必需元素,具有无毒性的优点;6)本发明的变形镁合金可被人体降解吸收,通过合理设计成份及挤压加工工艺可以控制降解速率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行说明:
图1为实施例1-3所制得的Mg-1Sn-0.5Mn,Mg-1Sn-1Mn和Mg-2Sn-1Mn合金的应力应变曲线图;
图2为实施例4和实施例5所制得的Mg-1Sn-0.5Mn和Mg-1Sn-1Mn的应力应变曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述,以下实施例中的比例均为质量百分比。
实施例1:
本实施例制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,包括以下步骤:
1)原料准备:选取纯镁、纯锡和镁锰中间合金,其中镁锰中间合金中锰的质量百分比为5%。适当调节各原材料含量,使合金成分满足:Sn:1%,Mn:0.5%,其余为镁。
2)熔炼:在SF6和CO2气体的保护下,将纯镁锭加热到740℃熔化;接着将100-200℃预热后的纯锡和镁锰中间合金加入镁熔体中进行熔炼;最后将合金熔体在740℃保温30分钟,充分搅拌3分钟后,静置5分钟,并打掉表面浮渣。
3)浇铸:在SF6和CO2混合气体保护下,将镁合金熔体浇铸到经350℃预热的铁质模具中,冷却得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭用石墨粉覆盖后加热到520℃进行均匀化处理,保温24小时后在冷水中淬火,得到均匀化处理的镁锭。
5)挤压加工:首先车皮去除均匀化处理后所得镁合金铸锭的表皮,然后将车皮后的铸锭在250℃预热2小时,最后在250℃挤压铸锭即得变形镁合金,本实施例中挤压加工时挤压速度为0.9~1.2m/min,挤压比为25:1。经测量,本实施例所制得的变形镁合金性能如图1所示(Mg-1Sn-0.5Mn对应的曲线),其综合力学性能优异,抗拉强度为252MPa,屈服强度为205MPa,延伸率为27%。
实施例2:
本实施例制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,包括以下步骤:
1)原料准备:选取纯镁、纯锡和镁锰中间合金,其中镁锰中间合金中锰的质量百分比为5%。适当调节各原材料含量,使合金成分满足:Sn:1%,Mn:1%,其余为镁。
2)熔炼:在SF6和CO2气体的保护下,将纯镁锭加热到740℃熔化;接着将100-200℃预热后的纯锡和镁锰中间合金加入镁熔体中进行熔炼;最后将合金熔体在740℃保温30分钟,充分搅拌3分钟后,静置5分钟,并打掉表面浮渣。
3)浇铸:在SF6和CO2混合气体保护下,将镁合金熔体浇铸到经350℃预热的铁质模具中,冷却得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭用石墨粉覆盖后加热到520℃进行均匀化处理,保温24小时后在冷水中淬火,得到均匀化处理的镁锭。
5)挤压加工:首先车皮去除均匀化处理后所得镁合金铸锭的表皮,然后将车皮后的铸锭在250℃预热2小时,最后在250℃挤压铸锭即得变形镁合金,本实施例中挤压加工时挤压速度为0.9~1.2m/min,挤压比为25:1。经测量,本实施例所制得的变形镁合金性能如图1所示(Mg-1Sn-1Mn对应的曲线),其综合力学性能优异,抗拉强度为271MPa,屈服强度为239MPa,延伸率为26%。
实施例3:
本实施例制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,包括以下步骤:
1)原料准备:选取纯镁、纯锡和镁锰中间合金,其中镁锰中间合金中锰的质量百分比为5%。适当调节各原材料含量,使合金成分满足:Sn:2%,Mn:1%,其余为镁。
2)熔炼:在SF6和CO2气体的保护下,将纯镁锭加热到740℃熔化;接着将100-200℃预热后的纯锡和镁锰中间合金加入镁熔体中进行熔炼;最后将合金熔体在740℃保温30分钟,充分搅拌3分钟后,静置5分钟,并打掉表面浮渣。
3)浇铸:在SF6和CO2混合气体保护下,将镁合金熔体浇铸到经350℃预热的铁质模具中,冷却得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭用石墨粉覆盖后加热到520℃进行均匀化处理,保温24小时后在冷水中淬火,得到均匀化处理的镁锭。
5)挤压加工:首先车皮去除均匀化处理后所得镁合金铸锭的表皮,然后将车皮后的铸锭在250℃预热2小时,最后在250℃挤压铸锭即得变形镁合金,本实施例中挤压加工时挤压速度为0.9~1.2m/min,挤压比为25:1。经测量,本实施例所制得的变形镁合金性能如图1所示(Mg-2Sn-1Mn对应的曲线),其综合力学性能优异,抗拉强度为285MPa,屈服强度为245MPa,延伸率为20%。
实施例4:
本实施例制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,包括以下步骤:
1)原料准备:选取纯镁、纯锡和镁锰中间合金,其中镁锰中间合金中锰的质量百分比为4%。适当调节各原材料含量,使合金成分满足:Sn:1%,Mn:0.5%,其余为镁。
2)熔炼:在SF6和CO2气体的保护下,将纯镁,纯锡和镁锰中间合金加入坩埚用电磁感应炉熔化,待完全熔化后保温5分钟。
3)冷却成型:在SF6和CO2混合气体保护下,将装有镁合金熔体的坩埚在盐水中冷却即得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭用石墨粉覆盖后加热到520℃进行均匀化处理,保温24小时后在冷水中淬火,得到均匀化处理的镁锭。
5)挤压加工:首先车皮去除均匀化处理后所得镁合金铸锭的表皮,然后将车皮后的铸锭在300℃预热2小时,最后在300℃挤压铸锭即得变形镁合金,本实施例中挤压加工时挤压速度为0.9~1.2m/min,挤压比为25:1。经测量,本实施例所制得的变形镁合金性能如图2所示(Mg-1Sn-0.5Mn对应的曲线),其综合力学性能优异,抗拉强度为260MPa,屈服强度为226MPa,延伸率为21%。
实施例5:
本实施例制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,包括以下步骤:
1)原料准备:选取纯镁、纯锡和镁锰中间合金,其中镁锰中间合金中锰的质量百分比为4%。适当调节各原材料含量,使合金成分满足:Sn:1%,Mn:1%,其余为镁。
2)熔炼:在SF6和CO2气体的保护下,将纯镁,纯锡和镁锰中间合金加入坩埚用电磁感应炉熔化,待完全熔化后保温5分钟;
3)冷却成型:在SF6和CO2混合气体保护下,将装有镁合金熔体的坩埚在盐水中冷却即得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭用石墨粉覆盖后加热到520℃进行均匀化处理,保温24小时后在冷水中淬火,得到均匀化处理的镁锭。
5)挤压加工:首先车皮去除均匀化处理后所得镁合金铸锭的表皮,然后将车皮后的铸锭在300℃预热2小时,最后在300℃挤压铸锭即得变形镁合金,本实施例中挤压加工时挤压速度为0.9~1.2m/min,挤压比为25:1。经测量,本实施例所制得的变形镁合金性能如图2所示(Mg-1Sn-1Mn对应的曲线),其综合力学性能优异,抗拉强度为270MPa,屈服强度为243MPa,延伸率为22%。
需要进一步说明的是:首先,以上各实施例的SF6和CO2混合气体中六氟化硫体积百分比为0.5%~1.5%,纯镁中镁含量高于99.95%,纯锡锡含量高于99.5%,镁锰中间合金中锰的质量百分比还可以是4-6%之间的任意值。其次,本发明合金的成份也不限于上述实施例所公开的值。事实上,只要合金成分满足:Sn:0.5~2%,Mn:0.5~1.5%,其余为Mg时均可以解决本发明的技术问题;当然,本发明的镁合金也可以含有常规量不可避免的杂质。最后,制备本发明镁合金时熔炼温度为720-760℃,保温10-30分钟,浇铸时模具预热温度为250-350℃,均匀化处理时加热温度为400-520℃,保温时间为10-24小时,挤压前预热温度为200~350℃,预热时间为1-2小时,挤压温度为200~350℃,挤压速度为0.5~3.0m/min,挤压比为10-80:1时均能实现本发明目的。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围,均在本发明的保护范围。
Claims (9)
1.Mg-Sn-Mn系变形镁合金,其特征在于,按质量计,由以下组分组成:Sn:0.5~2%,Mn:0.5~1.5%,其余为Mg;
其制作步骤为:
1)原料准备:按所述配比称取纯镁、纯锡和镁锰中间合金;
2)熔炼:将所称原材料加入坩埚在电磁感应炉熔化后保温1-10分钟得镁合金熔体;
3)冷却成型:将装有镁合金熔体的坩埚于盐水中冷却得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭加热到400~520℃,保温10-24小时后水冷淬火;
5)挤压加工:200~350℃预热步骤4)的镁合金铸锭,然后在预热温度下挤压,挤压时挤压速度为0.5~3.0m/min,挤压比为10-80:1。
2.Mg-Sn-Mn系变形镁合金,其特征在于,按质量计,由以下组分组成:Sn:0.5~2%,Mn:0.5~1.5%,其余为Mg;
其制作步骤为:
1)原料准备:按所述配比称取纯镁、纯锡和镁锰中间合金;
2)熔炼:将所称取的原材料加热到720-760℃并保温10-30分钟熔炼得镁合金熔体;
3)浇铸:将镁合金熔体浇铸到250-350℃预热后的模具中,冷却得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭加热到400~520℃,保温10-24小时后水冷淬火;
5)挤压加工:200~350℃预热步骤4)的镁合金铸锭,然后在预热温度下挤压,挤压时挤压速度为0.5~3.0m/min,挤压比为10-80:1。
3.一种制备如权利要求2所述Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)原料准备:按所述配比称取纯镁、纯锡和镁锰中间合金;
2)熔炼:将所称取的原材料加热到720-760℃并保温10-30分钟熔炼得镁合金熔体;
3)浇铸:将镁合金熔体浇铸到250-350℃预热后的模具中,冷却得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭加热到400~520℃,保温10-24小时后水冷淬火;
5)挤压加工:200~350℃预热步骤4)的镁合金铸锭,然后在预热温度下挤压,挤压时挤压速度为0.5~3.0m/min,挤压比为10-80:1。
4.一种制备如权利要求1所述Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)原料准备:按所述配比称取纯镁、纯锡和镁锰中间合金;
2)熔炼:将所称原材料加入坩埚在电磁感应炉熔化后保温1-10分钟得镁合金熔体;
3)冷却成型:将装有镁合金熔体的坩埚于盐水中冷却得镁合金铸锭;
4)均匀化处理:将镁合金铸锭加热到400~520℃,保温10-24小时后水冷淬火;
5)挤压加工:200~350℃预热步骤4)的镁合金铸锭,然后在预热温度下挤压,挤压时挤压速度为0.5~3.0m/min,挤压比为10-80:1。
5.根据权利要求3所述制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,其特征在于:浇铸前还包括搅拌、静置及除渣步骤,搅拌时间为2-10min,静置时间为5~10min。
6.根据权利要求3所述制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,其特征在于:熔炼和浇铸步骤在SF6和CO2混合气体保护下进行。
7.根据权利要求3或4所述制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,其特征在于:所述镁锰中间合金中Mn的质量百分比为4%-6%。
8.根据权利要求4所述制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法,其特征在于:熔炼和冷却成型步骤在SF6和CO2混合气体保护下进行。
9.根据权利要求3-8任意一项制备Mg-Sn-Mn系变形镁合金的方法所制得的镁合金。
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