Mg-Sn-Mn系變形鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Mg-Sn-Mn變形鎂合金及其制備方法。所述鎂合金組分及質(zhì)量配比如下：錫0.5～2%，錳0.5～1.5%，其余為鎂；其制備工藝為：1）按照合金成分準(zhǔn)備原材料，2）將所選取的原材料熔煉并澆鑄或?qū)⑷垠w直接冷卻成型獲得鑄錠，3）均勻化處理所得鑄錠，4）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)明的變形鎂合金制備方法簡單、成本低廉、綜合力學(xué)性能優(yōu)異、生物相容性好、降解速度和力學(xué)性能可調(diào)，可作為醫(yī)用材料使用，也可作為普通結(jié)構(gòu)材料使用。
【專利說明】Mg-Sn-Mn系變形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-Sn-Mn系變形鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金用途十分廣泛，目前商用鎂合金大致可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金，鑄造鎂合金能夠成型復(fù)雜形狀的構(gòu)件，但室溫塑性差，應(yīng)用范圍受限；變形鎂合金綜合力學(xué)性能有所提高，然而現(xiàn)有變形鎂合金大多含鋁或稀土，含鋁鎂合金高溫性能差，只能在室溫下使用，含稀土元素的鎂合金雖能在高溫下使用，但價格昂貴，使用仍然受到限制。
[0003]另外，近年來，鎂合金作為骨科植入材料引起了研究人員的廣泛興趣。然而，目前研究較多的醫(yī)用鎂合金，大都含有Al和/或稀土元素，其中合金中的鋁是神經(jīng)毒性元素，而稀土對人體健康的影響也存在爭議，一般認(rèn)為稀土元素在體內(nèi)的累積將表現(xiàn)出毒性作用。因此，開發(fā)一種新型無毒可降解鎂合金就顯得尤為必要。
[0004]因此，有必要開發(fā)一種成本低廉，生物相容性好，力學(xué)性能優(yōu)異的新型鎂合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉，生物相容性好，力學(xué)性能優(yōu)異的新型鎂合金。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]Mg-Sn-Mn系變形鎂合金，按質(zhì)量計，由以下組分組成:Sn:0.5~2%，Mn:0.5~1.5%，其余為Mg。
·[0008]進(jìn)一步，按質(zhì)量計，由以下組分組成:Sn:0.8-1.2%，Mn:0.5~1%，其余為Mg。
[0009]一種制備如權(quán)利要求1所述Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0010]I)原料準(zhǔn)備:按所述配比稱取純鎂、純錫和鎂錳中間合金；
[0011]2)熔煉:將所稱取的原材料加熱到720_760°C并保溫10_30分鐘熔煉得鎂合金熔體；
[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400~520°C，保溫10_24小時后水冷淬火；
[0014]5)擠壓加工:200~350°C預(yù)熱步驟4)的鎂合金鑄錠，然后在預(yù)熱溫度下擠壓，擠壓時擠壓速度為0.5~3.0m/min,擠壓比為10-80:1。
[0015]一種制備如權(quán)利要求1所述Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0016]I)原料準(zhǔn)備:按所述配比稱取純鎂、純錫和鎂錳中間合金；
[0017]2)熔煉:將所稱取的原材料加入坩堝用電磁感應(yīng)爐熔化后保溫1-10分鐘得鎂合金熔體；
[0018]3)冷卻成型:將裝有鎂合金熔體的坩堝于鹽水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400~520°C，保溫10_24小時后水冷淬火；[0020]5)擠壓加工:200~350°C預(yù)熱步驟4)的鎂合金鑄錠，然后在預(yù)熱溫度下擠壓，擠壓時擠壓速度為0.5~3.0m/min,擠壓比為10-80:1。
[0021]進(jìn)一步，澆鑄前還包括攪拌、靜置及除渣步驟，攪拌時間為2-10min，靜置時間為5 ~IOmin0
[0022]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。
[0023]進(jìn)一步，所述鎂錳中間合金中Mn的質(zhì)量百分比為4%_6%。
[0024]進(jìn)一步，熔煉和冷卻成型步驟在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行。
[0025] 根據(jù)所述制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法所制得的鎂合金。
[0026]本發(fā)明的有益效果在于:1)本發(fā)明的變形鎂合金原料簡單易得，制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低；2)本發(fā)明的變形鎂合金中含有高熔點的Mg2Sn相，能夠在高溫環(huán)境使用；3)本發(fā)明的變形鎂合金抗綜合力學(xué)性能優(yōu)異；4)本發(fā)明的變形鎂合金中含錳元素，可降低雜質(zhì)元素影響，提高鎂合金的耐腐蝕性；5)本發(fā)明的變形鎂合金元素均為人體必需元素，具有無毒性的優(yōu)點；6)本發(fā)明的變形鎂合金可被人體降解吸收，通過合理設(shè)計成份及擠壓加工工藝可以控制降解速率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]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:
[0028]圖1 為實施例 1-3 所制得的 Mg-lSn-0.5Mn, Mg-1Sn-1Mn 和 Mg-2Sn_lMn 合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；
[0029]圖2為實施例4和實施例5所制得的Mg-lSn-0.5Mn和Mg-1Sn-1Mn的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，以下實施例中的比例均為質(zhì)量百分比。
[0031]實施例1:
[0032]本實施例制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0033]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純錫和鎂錳中間合金，其中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:Sn:1%, Mn:0.5%，其余為鎂。
[0034]2)熔煉:在SFdP CO2氣體的保護(hù)下，將純鎂錠加熱到740°C熔化；接著將100-200°C預(yù)熱后的純錫和鎂錳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經(jīng)350°C預(yù)熱的鐵質(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520°C進(jìn)行均勻化處理，保溫24小時后在冷水中淬火，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250°C預(yù)熱2小時，最后在250°C擠壓鑄錠即得變形鎂合金，本實施例中擠壓加工時擠壓速度為0.9~1.2m/min，擠壓比為25:1。經(jīng)測量，本實施例所制得的變形鎂合金性能如圖1所示(Mg-lSn-0.5Mn對應(yīng)的曲線)，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度為252MPa，屈服強(qiáng)度為205MPa，延伸率為27%。
[0038]實施例2:
[0039]本實施例制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0040]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純錫和鎂錳中間合金，其中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:Sn:1%, Mn:1%，其余為鎂。
[0041]2)熔煉:在SFdP CO2氣體的保護(hù)下，將純鎂錠加熱到740°C熔化；接著將100-200°C預(yù)熱后的純錫和鎂錳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經(jīng)350°C預(yù)熱的鐵質(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520°C進(jìn)行均勻化處理，保溫24小時后在冷水中淬火，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250°C預(yù)熱2小時，最后在250°C擠壓鑄錠即得變形鎂合金，本實施例中擠壓加工時擠壓速度為0.9~1.2m/min，擠壓比為25:1。經(jīng)測量，本實施例所制得的變形鎂合金性能如圖1所示(Mg-1Sn-1Mn對應(yīng)的曲線)，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度為271MPa，屈服強(qiáng)度為239MPa，延伸率為26%。
[0045]實施例3:
[0046]本實施例制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0047]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純錫和鎂錳中間合金，其中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:Sn:2%, Mn:1%，其余為鎂。
[0048]2)熔煉:在SFdP CO2氣體的保護(hù)下，將純鎂錠加熱到740°C熔化；接著將100-200°C預(yù)熱后的純錫和鎂錳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經(jīng)350°C預(yù)熱的鐵質(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520°C進(jìn)行均勻化處理，保溫24小時后在冷水中淬火，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250°C預(yù)熱2小時，最后在250°C擠壓鑄錠即得變形鎂合金，本實施例中擠壓加工時擠壓速度為0.9~1.2m/min，擠壓比為25:1。經(jīng)測量，本實施例所制得的變形鎂合金性能如圖1所示(Mg-2Sn-lMn對應(yīng)的曲線)，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度為285MPa，屈服強(qiáng)度為245MPa，延伸率為20%。
[0052]實施例4:
[0053]本實施例制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，包括以下步驟:·[0054]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純錫和鎂錳中間合金，其中鎂錳中間合金中錳的質(zhì)量百分比為4%。適當(dāng)調(diào)節(jié)各原材料含量，使合金成分滿足:Sn:1%, Mn:0.5%，其余為鎂。[0055]2)熔煉:在SF6和CO2氣體的保護(hù)下，將純鎂，純錫和鎂錳中間合金加入坩堝用電磁感應(yīng)爐熔化，待完全熔化后保溫5分鐘。
[0056]3)冷卻成型:在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下，將裝有鎂合金熔體的坩堝在鹽水中冷卻即得鎂合金鑄錠；
[0057]4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠用石墨粉覆蓋后加熱到520°C進(jìn)行均勻化處理，保溫24小時后在冷水中淬火，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300°C預(yù)熱2小時，最后在300°C擠壓鑄錠即得變形鎂合金，本實施例中擠壓加工時擠壓速度為0.9~1.2m/min，擠壓比為25:1。經(jīng)測量，本實施例所制得的變形鎂合金性能如圖2所示(Mg-lSn-0.5Mn對應(yīng)的曲線)，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度為260MPa，屈服強(qiáng)度為226MPa，延伸率為21%。
[0059] 實施例5:
[0060]本實施例制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，包括以下步驟:
[0061]I)原料準(zhǔn)備:選取純鎂、純錫和鎂錳中間合金，其中鎂錳中間合金中錳的質(zhì)量百分比為4%。適當(dāng)調(diào)節(jié)各原材料含量，使合金成分滿足:Sn:1%, Mn:1%，其余為鎂。
[0062]2)熔煉:在SF6和CO2氣體的保護(hù)下，將純鎂，純錫和鎂錳中間合金加入坩堝用電磁感應(yīng)爐熔化，待完全熔化后保溫5分鐘；
[0063]3)冷卻成型:在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下，將裝有鎂合金熔體的坩堝在鹽水中冷卻即得鎂合金鑄錠；
[0064]4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠用石墨粉覆蓋后加熱到520°C進(jìn)行均勻化處理，保溫24小時后在冷水中淬火，得到均勻化處理的鎂錠。
[0065]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300°C預(yù)熱2小時，最后在300°C擠壓鑄錠即得變形鎂合金，本實施例中擠壓加工時擠壓速度為0.9~1.2m/min，擠壓比為25:1。經(jīng)測量，本實施例所制得的變形鎂合金性能如圖2所示(Mg-1Sn-1Mn對應(yīng)的曲線)，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度為270MPa，屈服強(qiáng)度為243MPa，延伸率為22%。
[0066]需要進(jìn)一步說明的是:首先，以上各實施例的SF6和CO2混合氣體中六氟化硫體積百分比為0.5%~1.5%，純鎂中鎂含量高于99.95%，純錫錫含量高于99.5%，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施例所公開的值。事實上，只要合金成分滿足:Sn:0.5~2%，Mn:0.5~1.5%，其余為Mg時均可以解決本發(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，制備本發(fā)明鎂合金時熔煉溫度為720-760°C，保溫10-30分鐘，澆鑄時模具預(yù)熱溫度為250-350°C，均勻化處理時加熱溫度為400-520°C，保溫時間為10-24小時，擠壓前預(yù)熱溫度為200~350°C，預(yù)熱時間為1-2小時，擠壓溫度為200~350°C，擠壓速度為0.5~3.0m/min，擠壓比為10-80:1時均能實現(xiàn)本發(fā)明目的。
[0067]最后說明的是，以上優(yōu)選實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)選實施例已經(jīng)對本發(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.Mg-Sn-Mn系變形鎂合金，其特征在于，按質(zhì)量計，由以下組分組成:Sn:0.5~2%，Mn:0.5~1.5%，其余為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述Mg-Sn-Mn系變形鎂合金，其特征在于，按質(zhì)量計，由以下組分組成:Sn:0.8-1.2%, Mn:0.5 ~1%，其余為 Mg。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)原料準(zhǔn)備:按所述配比稱取純鎂、純錫和鎂錳中間合金； 2)熔煉:將所稱取的原材料加熱到720-760°C并保溫10-30分鐘熔煉得鎂合金熔體； 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400~520°C，保溫10-24小時后水冷淬火； 5)擠壓加工:200~350°C預(yù)熱步驟4)的鎂合金鑄錠，然后在預(yù)熱溫度下擠壓，擠壓時擠壓速度為0.5~3.0m/min，擠壓比為10-80:1。
4.一種制備如權(quán)利要求1所述Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)原料準(zhǔn)備:按所述配比稱取純鎂、純錫和鎂錳中間合金；` 2)熔煉:將所稱原材料加入坩堝在電磁感應(yīng)爐熔化后保溫1-10分鐘得鎂合金熔體； 3)冷卻成型:將裝有鎂合金熔體的坩堝于鹽水中冷卻得鎂合金鑄錠； 4)均勻化處理:將鎂合金鑄錠加熱到400~520°C，保溫10-24小時后水冷淬火； 5)擠壓加工:200~350°C預(yù)熱步驟4)的鎂合金鑄錠，然后在預(yù)熱溫度下擠壓，擠壓時擠壓速度為0.5~3.0m/min，擠壓比為10-80:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，其特征在于:澆鑄前還包括攪拌、靜置及除洛步驟，攪拌時間為2-10min,靜置時間為5~lOmin。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，其特征在于:所述鎂錳中間合金中Mn的質(zhì)量百分比為4%-6%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法，其特征在于:熔煉和冷卻成型步驟在SF6和CO2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-8任意一項制備Mg-Sn-Mn系變形鎂合金的方法所制得的鎂合金。
【文檔編號】C22F1/06GK103667838SQ201410003248
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】潘復(fù)生, 趙朝勇, 湯愛濤, 佘加, 潘虎成, 宋鍇 申請人:重慶大學(xué)