一種Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金，按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成：Zn：0.01～8%；Sr：0.01～2%；Ca：0.01～2%；其余為Mg。本發(fā)明還公開了另一種Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金，按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成：Zn：0.01～8%；Sr：0.01～2%；Ca：0.01～2%；Mn：≤1%；其余為Mg。本發(fā)明還公開了一種制備所述鎂合金的方法：首先按照合金成分準(zhǔn)備原材料，然后將所選原材料熔煉并澆鑄，接著均勻化處理澆鑄所得鑄錠，最后擠壓加工均勻化處理后的鑄錠即得變形鎂合金成品。本發(fā)明的鎂合金降解速度和力學(xué)性能可調(diào)，生物相容性好，對(duì)人體無毒害作用，可作生物材料使用。
【專利說明】—種Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金領(lǐng)域,涉及一種鎂基合金,特別涉及一種Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，鎂合金作為骨科植入材料受到廣泛關(guān)注。鎂合金作為骨科植入材料具有密度和彈性模量與人骨相近、比強(qiáng)度和比剛度高、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前研究較多的醫(yī)用鎂合金通常源于工業(yè)鎂合金(如AZ31，AZ91，WE43，LAE442等)，大都含有Al和/或稀土元素，生物相容性差，合金中Al對(duì)人體健康有害，而稀土對(duì)人體健康的影響也存在爭(zhēng)議。因此，有必要開發(fā)一種新型無毒可降解鎂合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種無毒可生物降解的鎂合金，本發(fā)明還提供一種制備所述鎂合金的方法。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金，按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn:0.01 ~8% ；Sr:0.01 ~2% ；Ca:0.01 ~2% ;其余為 Mg。
[0005]進(jìn)一步，所述鎂合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn: 1-3% ；Sr:0.2-1% ；Ca:
0.2-0.5% ;其余為 Mg。
[0006]進(jìn)一步，所述鎂合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn:1% ；Sr:0.5% ；Ca:0.5% ;其余為Mg。
[0007]本發(fā)明還提供另一種Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金，按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn:
0.01 ~8% ；Sr:0.01 ~2% ；Ca:0.01 ~2% ；Mn..( 1% ;其余為 Mg。
[0008]進(jìn)一步，所述鎂合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn:1% ；Sr:0.2% ；Ca:0.2% ；Mn:1% ;其余為Mg。
[0009]本發(fā)明制備所述Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0010]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純鋅、純鍶和鎂鈣中間合金；
[0011]2)熔煉:將所選原材料加熱到720-760°C并保溫熔煉得鎂合金熔體；
[0012]3)澆鑄:將鎂合金熔體澆鑄到250_350°C預(yù)熱后的模具中，冷卻得鎂合金鑄錠；
[0013]4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠加熱到300_420°C保溫10_24小時(shí)后水冷淬火；
[0014]5)擠壓加工:300-38(TC預(yù)熱擠壓加工步驟4)的鎂合金鑄錠，然后在預(yù)熱溫度下擠壓，擠壓時(shí)擠壓速度為0.5~3.0m/min，擠壓比為10-80:1。
[0015]本發(fā)明還提供另一種制備所述Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0016]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純鋅、純鍶、鎂鈣中間合金和鎂錳中間合金；
[0017]2)熔煉:將所選原材料加熱到720-760°C并保溫熔煉得鎂合金熔體；
[0018]3)澆鑄:將鎂合金熔體澆鑄到250_350°C預(yù)熱后的模具中，冷卻得鎂合金鑄錠；
[0019]4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠加熱到300_420°C保溫10_24小時(shí)后水冷淬火；[0020]5)擠壓加工:300-380°C預(yù)熱擠壓加工步驟4)的鎂合金鑄錠，然后在預(yù)熱溫度下擠壓，擠壓時(shí)擠壓速度為0.5~3.0m/min，擠壓比為10-80:1。
[0021]進(jìn)一步，熔煉和澆鑄步驟在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:
[0023]1.本發(fā)明Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金可被人體降解吸收，合金中的鋅、鈣、鍶和錳均為人體必需元素,該系鎂合金生物相容性好。
[0024]2.本發(fā)明Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金具有優(yōu)異的綜合性能，鋅、鍶和錳可以改善鎂合金的耐腐蝕性，鍶還可促進(jìn)骨的生長(zhǎng)，抑制骨的吸收，加速骨的愈合。
[0025]3.本發(fā)明通過合理的設(shè)計(jì)合金成分及擠壓加工工藝，所制得的Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的降解速度和力學(xué)性能可調(diào)，可作骨板、骨釘?shù)裙强仆夤潭ú牧霞肮侨睋p修復(fù)材料使用。
[0026]4.本發(fā)明Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金不含稀土元素和貴金屬元素如鋯等，成本低。
[0027]5.本發(fā)明Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金變形處理后的綜合力學(xué)性能優(yōu)異，還可作為工業(yè)結(jié)構(gòu)材料使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0029]圖1為實(shí)施例1-4所制備鎂合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]本實(shí)施例制備Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0033]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純鋅、純鍶和鎂鈣中間合金；其中鎂鈣中間合金中鈣的質(zhì)量百分比為30%，適當(dāng)調(diào)節(jié)各原材料含量，使合金成分滿足:Zn:1% ；Sr:0.5%，Ca:0.5%，其余為續(xù)。
[0034]2)熔煉:在SF6和CO2氣體的保護(hù)下，將純鎂錠加熱到740°C熔化；接著將150°C預(yù)熱后的純鋅、純鍶和鎂鈣中間合金加入鎂熔體中進(jìn)行熔煉；最后將合金熔體在740°C保溫30分鐘，充分?jǐn)嚢?分鐘后，靜置5分鐘，并打掉表面浮渣。
[0035]3)澆鑄:在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下，將鎂合金熔體澆鑄到350°C預(yù)熱后的鐵質(zhì)模具中，冷卻得鎂合金鑄錠；
[0036]4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠用石墨粉覆蓋后加熱到420°C進(jìn)行均勻化處理，保溫24小時(shí)后在冷水中淬火，得到均勻化處理的鎂錠。
[0037]5)擠壓加工:首先車皮去除均勻化處理后所得鎂合金鑄錠的表皮，然后將車皮后的鑄錠在350°C預(yù)熱2小時(shí)，最后在350°C擠壓鑄錠即得變形鎂合金，本實(shí)施例中擠壓加工時(shí)擠壓速度為0.9~1.2m/min，擠壓比為25:1。經(jīng)測(cè)量，本實(shí)施例所制得的變形鎂合金性能如圖1所示(Mg-lZn-0.5Sr-0.5Ca對(duì)應(yīng)的曲線)，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度為306MPa，屈服強(qiáng)度為268MPa，延伸率為15% 。[0038]實(shí)施例2:
[0039]本實(shí)施例制備Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0040]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純鋅、純鍶和鎂鈣中間合金；其中鎂鈣中間合金中鈣的質(zhì)量百分比為30%，適當(dāng)調(diào)節(jié)各原材料含量，使合金成分滿足:Zn:1% ；Sr:1%，Ca:0.5%，其余為鎂。
[0041]2)熔煉:在SF6和CO2氣體的保護(hù)下，將純鎂錠加熱到740°C熔化；接著將150°C預(yù)熱后的純鋅、純鍶和鎂鈣中間合金加入鎂熔體中進(jìn)行熔煉；最后將合金熔體在740°C保溫30分鐘，充分?jǐn)嚢?分鐘后，靜置5分鐘，并打掉表面浮渣。
[0042]3)澆鑄:在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下，將鎂合金熔體澆鑄到350°C預(yù)熱后的鐵質(zhì)模具中，冷卻得鎂合金鑄錠；
[0043]4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠用石墨粉覆蓋后加熱到420°C進(jìn)行均勻化處理，保溫24小時(shí)后在冷水中淬火，得到均勻化處理的鎂錠。
[0044]5)擠壓加工 :首先車皮去除均勻化處理后所得鎂合金鑄錠的表皮，然后將車皮后的鑄錠在350°C預(yù)熱1.5小時(shí)，最后在350°C擠壓鑄錠即得變形鎂合金，本實(shí)施例中擠壓加工時(shí)擠壓速度為0.9~1.2m/min，擠壓比為25:1。經(jīng)測(cè)量，本實(shí)施例所制得的變形鎂合金性能如圖1所示(Mg-lZn-lSr-0.5Ca對(duì)應(yīng)的曲線)，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度為290MPa，屈服強(qiáng)度為267MPa，延伸率為11%。
[0045]實(shí)施例3:
[0046]本實(shí)施例制備Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0047]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純鋅、純鍶和鎂鈣中間合金；其中鎂鈣中間合金中鈣的質(zhì)量百分比為30%，適當(dāng)調(diào)節(jié)各原材料含量，使最終合金成分滿足:Zn:3% ；Sr:0.5%，Ca:
0.2%，其余為鎂。
[0048]2)熔煉:在SF6和CO2氣體的保護(hù)下，將純鎂錠加熱到740°C熔化；接著將150°C預(yù)熱后的純鋅、純鍶和鎂鈣中間合金加入鎂熔體中進(jìn)行熔煉；最后將合金熔體在740°C保溫30分鐘，充分?jǐn)嚢?分鐘后，靜置5分鐘，并打掉表面浮渣。
[0049]3)澆鑄:在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下，將鎂合金熔體澆鑄到350°C預(yù)熱后的鐵質(zhì)模具中，冷卻得鎂合金鑄錠；
[0050]4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠用石墨粉覆蓋后加熱到420°C進(jìn)行均勻化處理，保溫24小時(shí)后在冷水中淬火，得到均勻化處理的鎂錠。
[0051]5)擠壓加工:首先車皮去除均勻化處理后所得鎂合金鑄錠的表皮，然后將車皮后的鑄錠在350°C預(yù)熱I小時(shí)，最后在350°C擠壓鑄錠即得變形鎂合金，本實(shí)施例中擠壓加工時(shí)擠壓速度為0.9~1.2m/min，擠壓比為25:1。經(jīng)測(cè)量，本實(shí)施例所制得的變形鎂合金性能如圖1所示(Mg-3Zn-0.5Sr-0.2Ca對(duì)應(yīng)的曲線)，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度為295MPa，屈服強(qiáng)度為253MPa，延伸率為17%。
[0052]實(shí)施例4:
[0053]本實(shí)施例制備Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0054]I)原料準(zhǔn)備:選取原料采用純鎂、純鋅、純鍶、鎂鈣中間合金和鎂錳中間合金；其中鎂鈣中間合金中鈣的質(zhì)量百分比為30%，鎂錳中間合金中錳的質(zhì)量百分比為5%，適當(dāng)調(diào)節(jié)各原材料含量，使合金成分滿足:Zn:1% ；Sr:0.2% ；Ca:0.2% ；Mn:1% ;其余為鎂。[0055]2)熔煉:在SF6和CO2氣體的保護(hù)下，將純鎂錠加熱到740°C熔化；接著將150°C預(yù)熱后的純鋅、純鍶和鎂鈣中間合金加入鎂熔體中進(jìn)行熔煉；最后將合金熔體在740°C保溫30分鐘，充分?jǐn)嚢?分鐘后，靜置5分鐘，并打掉表面浮渣。
[0056]3)澆鑄:在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下，將鎂合金熔體澆鑄到350°C預(yù)熱后的鐵質(zhì)模具中，冷卻得鎂合金鑄錠；
[0057]4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠用石墨粉覆蓋后加熱到420°C進(jìn)行均勻化處理，保溫24小時(shí)后在冷水中淬火，得到均勻化處理的鎂錠。
[0058]5)擠壓加工:首先車皮去除均勻化處理后所得鎂合金鑄錠的表皮，然后將車皮后的鑄錠在350°C預(yù)熱2小時(shí)，最后在350°C擠壓鑄錠即得變形鎂合金，本實(shí)施例中擠壓加工時(shí)擠壓速度為0.9~1.2m/min，擠壓比為25:1。經(jīng)測(cè)量，本實(shí)施例所制得的變形鎂合金性能如圖1所示(Mg-lZn-0.2Ca-0.2Sr_lMn對(duì)應(yīng)的曲線)，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度為267MPa，屈服強(qiáng)度為184MPa，延伸率為22%。
[0059]需要進(jìn)一步說明的是:首先，以上各實(shí)施例所述SF6和CO2混合氣體中六氟化硫體積百分比為0.5%~1.5% ;所述純鎂是指純度高于99.95%鎂，純鋅是指純度高于99.99%的鋅，純鍶是指純度高于99.5%的鍶，所述鈣鎂中間合金中鈣的質(zhì)量百分比還可以是25-35%之間的任意值，所述鎂錳中間合金中錳的質(zhì)量百分比還可以是4-6%之間的任意值。其次，本發(fā)明合金的成份也不限于上述實(shí)施例所公開的值，事實(shí)上，只要合金成分滿足:Zn:
.0.01 ~8% ；Sr:0.01 ~2% ；Ca:0.01 ~2% ;其余為 Mg ;或者 Zn:0.01 ~8% ；Sr:0.01 ~2% ；Ca:0.01~2% ；Mn 1% ;其余為Mg時(shí)均可以解決本發(fā)明的技術(shù)問題；當(dāng)然，本發(fā)明的鎂合金也可以含有常規(guī)量不 可避免的雜質(zhì)。最后，本發(fā)明鎂合金的制備方法中熔煉溫度為720-7600C，澆鑄時(shí)模具預(yù)熱溫度為250-350°C，均勻化處理時(shí)加熱溫度為300-420°C，保溫時(shí)間為10-24小時(shí)，擠壓速度為0.5~3.0m/min，擠壓比為10-80:1時(shí)均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。
[0060]最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金，其特征在于，所述鎂合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn:0.01 ~8% ；Sr:0.01 ~2% ；Ca:0.01 ~2% ;其余為 Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金，其特征在于，所述鎂合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn:1-3% ；Sr:0.2-1% ；Ca:0.2-0.5% ;其余為 Mg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金，其特征在于，所述鎂合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn:1% ；Sr:0.5% ；Ca:0.5% ;其余為 Mg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金，其特征在于，所述鎂合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn:0.01 ~8% ；Sr:0.01 ~2% ；Ca:0.01 ~2% ；Mn..( 1% ;其余為 Mg。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金，其特征在于，所述鎂合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Zn:1% ；Sr:0.2% ；Ca:0.2% ；Mn:1% ;其余為 Mg。
6.一種制備如權(quán)利要求1所述Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純鋅、純鍶和鎂鈣中間合金； 2)熔煉:將所選原材料加熱到720-760°C并保溫熔煉得鎂合金熔體； 3)澆鑄:將鎂合金熔體澆鑄到250-350°C預(yù)熱后的模具中，冷卻得鎂合金鑄錠； 4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠加熱到300-420°C，保溫10-24小時(shí)后水冷淬火； 5)擠壓加工:300-380°C預(yù)熱步驟4)的鎂合金鑄錠，然后在預(yù)熱溫度下擠壓，擠壓時(shí)擠壓速度為0.5~3.0m/min，擠壓比為10-80:1。
7.一種制備如權(quán)利要求4所述Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純鋅、純鍶、鎂鈣中間合金和鎂錳中間合金； 2)熔煉:將所選原材料加熱到720-760°C并保溫熔煉得鎂合金熔體； 3)澆鑄:將鎂合金熔體澆鑄到250-350°C預(yù)熱后的模具中，冷卻得鎂合金鑄錠； 4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠加熱到300-420°C保溫10-24小時(shí)后水冷淬火； 5)擠壓加工:300-380°C預(yù)熱步驟4)的鎂合金鑄錠，然后在預(yù)熱溫度下擠壓，擠壓時(shí)擠壓速度為0.5~3.0m/min，擠壓比為10-80:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述制備Mg-Zn-Sr-Ca系鎂合金的方法，其特征在于:熔煉和澆鑄步驟在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK103725942SQ201310751736
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】潘復(fù)生, 趙朝勇, 湯愛濤, 佘加, 宋鍇, 潘虎成 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)