CN108950335B - 一种提高铸造zk21镁合金强度和耐蚀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高铸造ZK21镁合金强度和耐蚀性的方法。该合金组分及各组分质量百分含量为：Zn：1.87％，Zr：0.54％，其余为Mg及不可避免的杂质。首先将铸造镁合金在箱式电炉中进行固溶处理，固溶温度为360‑400℃，固溶时间为12‑24小时，为防止氧化，按照空积比1:100的比例加入黄铁矿粉末(FeS2)作为保护。接着，对固溶处理后的镁合金进行挤压温度350℃、挤压速度3mm/s的挤压处理，挤压成棒材。本发明的优点在于：固溶处理后的ZK21合金中，第二相数量极少，从而有利于减轻电偶腐蚀；挤压后晶粒细化明显，提高组织致密性，降低孔隙率，极大地提高了镁合金的强度和耐蚀性。本合金兼具优异的强度和耐蚀性，可以应用在可降解吸收骨钉、骨板等医学领域。

Description

一种提高铸造ZK21镁合金强度和耐蚀性的方法
技术领域
本发明涉及一种金属工艺处理方法，具体说的是一种铸造ZK21镁合金的工艺处理方法。
背景技术
近些年来，镁合金材料在生物医用领域展现了广阔的应用前景，一直被广泛研究。作为一种潜力很大的生物植入材料，镁合金的优势十分明显。首先，镁元素是人体中一种必要的微量元素，在保持人体健康和促进新陈代谢方面起到重要作用；其次，镁合金材料植入人体后能够自动降解，减少了像不锈钢材料等需要二次取出带来的手术风险，也减轻了病人的痛苦，而且降解后的镁合金大部分可以排出人体，不会给人体健康造成伤害；另外，目前常用的金属植入材料(钛合金等)的弹性模量与人骨差异较大，造成严重的应力屏蔽效应会抑制新骨生长，降低骨骼强度，给伤病恢复带来不利影响；而镁合金的弹性模量与人骨相对接近，能够很好地缓解应力屏蔽效应。
但是镁合金在生物植入方面的应用还是受到了其性能的限制。一方面，由于镁的标准电位低，其耐腐蚀性能较差，而且腐蚀后形成的产物疏松多孔、无法有效阻止腐蚀的发展，更导致其腐蚀性能恶化。表现不佳的耐腐蚀性能会导致镁合金材料植入人体后降解速度过快，提前失效，影响组织的生长和愈合。另一方面，铸造镁合金由于晶粒粗大、组织缺陷较多，其力学性能(主要是强度)不够优异。这也限制了其作为生物植入材料的应用范围。综上所述，提高强度及耐蚀性对于生物医用镁合金材料的发展具有重要意义。
合金化、细晶强化以及热处理是常见的用来强化合金性能的工艺方法，并且有着良好的效果。Mg-Zn系合金是目前被广泛研究的一种生物医用镁合金。Zr元素是一种能够有效细化晶粒的合金元素，并且在熔炼合金时还能够起到净化合金组织的作用。固溶处理能够使得组织中的第二相溶入基体，降低电偶腐蚀作用；挤压处理能够有效细化晶粒，通过晶界强化作用来提高合金的强度，同时晶粒细化也能够一定程度上降低腐蚀速率。
发明内容
本发明针对现有生物医用材料存在的不足，提供一种能够有效提高镁合金ZK21强度和耐蚀性的方法。本发明主要是通过固溶处理和挤压工艺来实现的。
一种提高铸造ZK21镁合金强度和耐蚀性的方法，其特征在于：
(1)将铸造镁合金在箱式电炉中进行固溶处理；铸造镁合金各组分质量百分比为：Zn：1.87％，Zr：0.54％，其余为Mg及不可避免的杂质；
(2)将固溶处理后的合金再挤压成棒材。
进一步地，步骤(1)所述固溶温度为360-400℃，固溶时间为12-24小时，为防止氧化，按照空积比(黄铁矿粉末在固溶处理过程中会生成SO2，空积比是指SO2气体在箱式电炉中所占体积比)1:100的比例加入黄铁矿粉末(FeS2)作为保护。
进一步地，所述步骤(2)具体为：将铸造镁合金在挤压机中经过挤压温度350℃、挤压速度3mm/s的挤压处理，挤压成棒材。
本发明将铸造镁合金在箱式电炉中进行固溶处理，其目的主要在于使合金中的第二相最大程度溶入α-Mg基体中，减少第二相引起的电偶腐蚀，从而提高合金耐蚀性。
对上述固溶处理后的ZK21镁合金进行挤压处理，其主要目的在于通过动态再结晶来细化晶粒，从而有效提升强度，同时对于耐蚀性也有一定的增强作用。其中，挤压机的挤压比根据所需材料的尺寸进行选定。
本发明具有的优点和积极效果是：
固溶处理后的ZK21合金中，第二相数量极少(大多溶入镁基体中)，从而有利于减轻电偶腐蚀；挤压后晶粒细化明显，提高组织致密性，降低孔隙率，极大地提高了镁合金的强度和耐蚀性。
附图说明
图1是铸造ZK21镁合金的组织金相照片；
图2是实施例3中采用固溶处理和挤压处理后的ZK21镁合金的组织金相照片；
图3是实施例1、2、3中采用固溶处理和挤压处理后的ZK21镁合金及铸造ZK21镁合金的屈服强度条形图。
图4是实施例1、2、3中采用固溶处理和挤压处理后的ZK21镁合金及铸造ZK21镁合金的在Hank’s溶液中浸泡的平均腐蚀速率条形图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行详细说明，本实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
实施例1
所用ZK21铸造镁合金的各组分及质量百分比为：Zn：1.87％，Zr：0.54％，其余为Mg及不可避免的杂质。对上述镁合金进行固溶处理，温度为360℃，保温时间为12h，为防止氧化，按照空积比1:100的比例加入黄铁矿粉末(FeS2)作为保护；水冷至室温。再将固溶处理后的镁合金在挤压机中经过挤压温度350℃、挤压速度3mm/s的挤压处理，挤压成棒材。
本实施例得到的合金性能如下：屈服强度173MPa，在Hank’s溶液中浸泡240小时后的平均腐蚀速率为0.55mm/year。
实施例2
所用ZK21铸造镁合金的各组分及质量百分比为：Zn：1.87％，Zr：0.54％，其余为Mg及不可避免的杂质。对上述镁合金进行固溶处理，温度为400℃，保温时间为12h，为防止氧化，按照空积比1:100的比例加入黄铁矿粉末(FeS2)作为保护；水冷至室温。再将固溶处理后的镁合金在挤压机中经过挤压温度350℃、挤压速度3mm/s的挤压处理，挤压成棒材。
本实施例得到的合金性能如下：屈服强度191MPa，在Hank’s溶液中浸泡240小时后的平均腐蚀速率为0.48mm/year。
实施例3
所用ZK21铸造镁合金的各组分及质量百分比为：Zn：1.87％，Zr：0.54％，其余为Mg及不可避免的杂质。对上述镁合金进行固溶处理，温度为400℃，保温时间为24h，为防止氧化，按照空积比1:100的比例加入黄铁矿粉末(FeS2)作为保护；水冷至室温。再将固溶处理后的镁合金在挤压机中经过挤压温度350℃、挤压速度3mm/s的挤压处理，挤压成棒材。
本实施例得到的合金性能如下：屈服强度194MPa、；在Hank’s溶液中浸泡240小时后的平均腐蚀速率为0.32mm/year。
对比分析三种实施例可知，实施例3具有最佳的综合性能，兼具优异的强度与耐蚀性。其性能如下：屈服强度194MPa，在Hank’s溶液中浸泡240小时后的平均腐蚀速率为0.32mm/year。

Claims (1)

1.一种提高铸造ZK21镁合金强度和耐蚀性的方法，其特征在于：
（1）将铸造镁合金在箱式电炉中进行固溶处理；铸造镁合金各组分质量百分比为：Zn：1.87%，Zr：0.54%，其余为Mg及不可避免的杂质；
（2）将固溶处理后的合金再挤压成棒材；
步骤（1）所述固溶处理的温度为360-400℃，固溶时间为12-24小时，为防止氧化，按照空积比1:100的比例加入FeS2粉末作为保护；
所述步骤（2）具体为：将铸造镁合金在挤压机中经过挤压温度350℃、挤压速度3mm/s的挤压处理，挤压成棒材；
其中：固溶处理的目的主要在于使合金中的第二相最大程度溶入α-Mg基体中，减少第二相引起的电偶腐蚀，从而提高合金耐蚀性；
对上述固溶处理后的ZK21镁合金进行挤压处理的主要目的在于通过动态再结晶来细化晶粒，从而有效提升强度，同时对于耐蚀性也有一定的增强作用；其中，挤压机的挤压比根据所需材料的尺寸进行选定；
得到的合金性能如下：屈服强度173MPa，在Hank’s溶液中浸泡240小时后的平均腐蚀速率为0.55mm/year；或屈服强度191MPa，在Hank’s溶液中浸泡240小时后的平均腐蚀速率为0.48mm/year；或屈服强度194MPa，在Hank’s溶液中浸泡240小时后的平均腐蚀速率为0.32mm/year。
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JP4852754B2 (ja) * 2006-09-15 2012-01-11 国立大学法人富山大学 展伸用マグネシウム合金、同合金より成るプレス成形用板材およびその製造方法
JP5210590B2 (ja) * 2007-10-12 2013-06-12 株式会社日本製鋼所 高比強度Ｍｇ合金材およびその製造方法ならびにＭｇ合金海中構造用部材
CN104862566A (zh) * 2014-02-21 2015-08-26 中国科学院金属研究所 一种高强高塑性医用镁合金及其制备工艺和应用
CN105603282A (zh) * 2015-12-30 2016-05-25 天津理工大学 一种镁合金腹腔镜止血夹的制备方法
CN107541632A (zh) * 2017-08-28 2018-01-05 北京科技大学 一种生物医用Mg‑Zn‑Zr镁合金及其制备方法

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