[发明专利]一种具有阴极抑制效应的镁锌锗合金及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201910287599.4 申请日: 2019-04-11
公开(公告)号: CN110066950B 公开(公告)日: 2021-03-23
发明(设计)人: 帅词俊;高成德;彭淑平;杨友文;帅扬 申请(专利权)人: 江西理工大学;江西华浒高科技有限公司
主分类号: C22C23/04 分类号: C22C23/04;C22C1/04
代理公司: 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 代理人: 魏娟
地址: 341000 *** 国省代码: 江西;36
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 阴极 抑制 效应 镁锌锗 合金 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种具有阴极抑制效应的镁锌锗合金及其制备方法,该合金有镁基体和镁锌锗第二相组成,其制备步骤包括:(1)将镁锌合金和纳米锗粉末置于球磨机中,在保护气氛下球磨得到镁锌‑锗混合粉末;(2)以该混合粉末为原料,在保护气氛下通过选区激光熔化制备镁锌锗合金。本发明在镁锌合金中引入锗,在合金中生成含锗的第二相,能够抑制溶液中媒介氢原子在阴极上的聚集,通过减弱它们的重组减缓了氢气的生成速率,从而提高了其腐蚀抗力;另一方面,通过固溶强化、细晶强化和第二相强化提高了镁锌合金的力学性能。

技术领域

本发明属于合金制备技术领域,涉及镁锌锗合金,特别涉及一种具有阴极抑制效应的镁锌锗合金及其制备方法。

背景技术

镁是一种极具潜力的医用植入材料,具有优异的生物相容性、生物可吸收能力和较合适的强度,而且其降解产生的镁离子是人体中重要的阳离子,已被证明能有效的促进骨形成。但是,镁合金在水溶液中的电极电位很低,对腐蚀高的敏感性仍然是限制其应用的主要问题。在pH11的水溶液中,镁合金表面名义上并不具有保护性的天然氧化物/表面层,使得其在正常pH值范围下快速腐蚀。因此,如何提升镁合金的腐蚀性能成为促进其应用的关键。

目前,合金化(Zn、Al等)被认为是一种调控镁合金性能的常用方法,如Zn元素的合金化能够显著提升镁合金的力学性能。然而,通常合金化对镁合金的腐蚀阻抗的提升不显著,甚至会有不利影响。主要原因是由于镁的电荷转移密度很低,添加合金元素会显著提高镁合金的催化活性,特别是第二相颗粒和金属间化合物,它们会作为阴极位点导致镁的大量溶解。此外,合金元素在镁中的固溶度普遍较低,使合金表面上难以形成惰性氧化物保护层。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种具有阴极抑制效应的镁锌锗合金及其制备方法。通过本发明制备的镁合金的阴极反应动力学受到抑制,减缓了阴极上媒介氢离子的组合与重排,反过来抑制了镁基体的腐蚀。

为了实现上述目的,本发明采用的技术方案:

本发明一种具有阴极抑制效应的镁锌锗合金,所述镁锌锗合金通过激光选区熔化(SLM)技术合金化锗至镁锌合金中获得,所述锗在镁锌锗合金中的质量分数为0.2-1.0wt.%。

本发明首创的采用通过激光选区熔化(SLM)技术合金化锗至镁锌合金中获得具有阴极抑制效应、具有合适腐蚀速度的镁锌锗合金,在镁锌合金组织结构中,由a-Mg相以及MgZn组成的析出相(第二相构成),第二相作为合金的阴极位点支持阴极反应的发生,从而导致镁的大量溶解,而本发明通过激光选区熔化技术将合金化锗至镁锌合金,形成含锗的第二相,一方面锗作为“阴极毒药”抑制了镁的阴极反应活性,从而减慢了镁的腐蚀。另一方面利用SLM技术极高的冷却速率使镁锌锗合金快速凝固,含锗的第二相在微观结构中分散均匀,能有效的抑制媒介氢的重组,同时有利于扩大锗和锌在镁基体中的固溶度,能在腐蚀过程中生成含锗、锌的氧化膜,提高抗腐蚀性能。

虽然说可以作为阴极毒药的元素不少,但是在实践中能够真正实现作为阴极毒药元素应有的抑制效果却不是易事,需要阴极毒药元素与激光选区熔化(SLM)技术相互协同,才能实现效果,发明人在实验过程中,尝试了大量其他的具有阴极毒药的元素以及也采用了其他的工艺,发现均不能实现发明目的。使用其他制备方法会使第二相偏析严重,只能起到很有限的阴极抑制作用。

优选的方案,所述锗在镁锌锗合金中的质量分数为0.5-1.0wt.%。作为更进一步的优选,所述锗在镁锌锗合金中的质量分数为0.5wt.%。

在本发明中,所添加的锗需要适量,过小起不到提高腐蚀抗力的效果,如果过量,合金化过程中,形成的镁锌锗合金晶界上有大量的锗析出,同样起不到提高腐蚀抗力的效果。

优选的方案,所述镁锌合金为Mg-3Zn-0.5Zr(ZK30)。

发明人发现,当镁锌合金为ZK30,锗的加入所达到的改善效果最佳。

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