[发明专利]镁合金、其制造方法及其用途

说明书

本发明涉及镁合金以及其制造方法和其用途，该镁合金包含：3至7.0％的Zn，0.001至0.5％的Ca，剩余为包含促进电化学势差和/或形成金属间相的杂质的镁，总量不大于0.005的Fe、Si、Mn、Co、Ni、Cu、Al、Zr和P，其中合金元素选自具有序数为21、39、57至71和89至103的稀土，其总量为按重量计不大于0.001％。

技术领域

本专利申请的主题涉及镁合金以及其制造方法和其用途。

背景技术

众所周知，镁合金的性质由合金元素和杂质的类型和量以及制造条件决定性地限定。对于本领域的技术人员，合金元素和杂质对镁合金的性质的影响已经知道很久了，并且合金元素和杂质对镁金属合金的性质的影响解释了决定二元或三元镁合金其用作植入材料的性质的复杂本质。

最经常地被用于镁的合金元素是铝，由于固溶体和沉淀硬化以及细粒形成导致增加的拉伸强度，并且导致微孔。此外，在熔化物中，铝朝向大幅度更低的铁含量改变铁析出边界(precipitation boundary)，在此铁颗粒沉淀或或与其他元素一起形成金属间颗粒。

钙展示了显著的晶粒细化作用并且使可浇铸性和耐腐蚀性变差。

在镁合金中不期望的伴生元素包括铁、镍、钴和铜，其由于它们的电正性本质引起腐蚀趋势相当大的增加。

锰可以在所有镁浇铸的合金中发现，并且以AlMnFe沉淀物的形式结合铁，由此减少局部电池的形成。在另一方面，锰不能够结合所有铁，因此剩下的铁和剩下的锰总是保留在熔化物中。

硅降低可浇铸性和粘度，并且随着硅含量增加，可以预料到加剧的腐蚀行为。铁、锰和硅具有非常高的形成金属间相(intermetallic phase)的倾向。

该相的电化学势非常高并且可以因此作为控制合金基体腐蚀的阴极。

作为固溶体硬化的结果，锌提高了机械性能并且引起晶粒细化，然而在二元Mg-Zn和三元Mg-Al-Zn合金中，它也导致具有在按重量计1.5至2％含量下开始的朝向热裂的趋势的微孔。

由锆制造的合金添加物(addition)在未降低膨胀的情况下增加拉伸强度并且导致晶粒细化，而且引起强的动态重结晶(restrystallization)损害，其表现在重结晶温度的增加并且因此需要高能量消耗。此外，由于失去晶粒细化作用，锆不能被添加到包含铝和硅的熔化物中。

稀土，例如Lu、Er、Ho、Th、Sc和In，全部展示相似的化学行为并且在二元相图的富镁侧形成具有局部溶解度的低共熔系统，使得沉淀硬化是可能的。

已知另外的合金元素连同杂质的添加在二元镁合金中引起不同金属间相的形成。例如，形成在晶粒间界的金属间相Mg₁₇Al₁₂是脆性的并且限制延性。与镁基体比较，该金属间相更惰性并且能够形成局部电池，由此腐蚀行为加剧。

除了这些影响因素，镁合金的性质还决定性地取决于冶金生产条件。传统的浇铸方法在通过制造和金添加合金元素时自动引入杂质。现有技术(US 5,055,254A)因此限定了在镁浇铸合金中的杂质容许限，例如，对于包含大约8至9.5％的Al以及0.45至0.9％的Zn的镁-铝-锌合金，其提到0.0015至0.0024％的Fe、0.0010％的Ni、0.0010至0.0024％的Cu和不少于0.15至0.5％的Mn的容许限。

在很多已知的文件中提及在镁和其合金中的杂质的容许限以及生产条件，并且以按重量计％列出如下：