[发明专利]一种可快速时效强化的高强高塑Mg-Ga-Li系镁合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种可快速时效强化的高强高塑Mg‑Ga‑Li系镁合金及其制备方法，合金成分为：Ga含量为3～8.5％，Li含量为0.5～3％，其余为Mg；合金还可再含有Zn、Ca、Sr、Si、Zr、稀土元素RE、Mn、Ag、Cu、Na元素中的至少一种。本发明合金不仅可以采用增材制造(3D打印)技术快速成型，还能够通过固溶热处理可获得Mg基过饱和固溶体，然后通过快速时效热处理，可在20h内达到时效强化峰值。室温拉伸屈服强度高于200MPa，延伸率高于10％。本发明合金以纳米尺度的Mg‑Ga‑Li三元相为主要析出相，时效强化效果显著，综合性能好，除了可作为常规结构和高温抗蠕变材料使用，还可作为生物医用材料用于制备人体植入医疗器件。

技术领域

本发明涉及一种高强高塑Mg-Ga-Li系镁合金的成分设计及其制备方法，具体涉及一种可增材制造(3D打印)和可快速时效强化的高强高塑Mg-Ga-Li系镁合金的成分设计及其制备方法，属于有色金属材料及冶金领域。

背景技术

Mg及其合金是最轻的结构材料之一，具有比强度和比刚度高，阻尼减震性能好、生物相容性好，在汽车、航空航天、医疗器件等领域有广泛应用。Mg及其大多数合金的基体为密排六方结构，室温变形能力差，加工成本较高、成材率较低。此外Mg较低的强度、耐腐蚀性和耐热性，也限制了镁合金更广泛的应用。因此，有必要开发综合性能更好的镁合金。

Ga在Mg中的固溶度随温度变化明显，在共晶温度的固溶度最大，质量分数为8.61wt.％，对应的原子分数为3.14at.％。它的固溶度随着温度降低而迅速减小，可以形成足够体积分数的Mg-Ga二元相，具有显著的时效强化效果。然而绝大数Mg-Ga系镁合金都需要100h以上达到时效峰值，例如Mg-5Ga合金在225℃时效256h才能达到时效峰值，其屈服强度低于130MPa，抗拉强度低于180MPa，延伸率低于5％，时效强化时间长、强度低、塑性差。这不仅增加了生产成本、降低了生产率，而且强度和塑性不能满足承重结构材料或医疗器件的使用要求。例如心血管支架，其屈服强度需高于200MPa，延伸率需高于15～18％；骨科内固定装置，其屈服强度需高于230MPa，延伸率需高于15～18％。

专利文献1提供了一种具有阻燃性的Mg-Li-Ga合金及其加工工艺，其特征在于按重量百分比计化学成分为：Li：8～14％，Ga：1～2％，Sr：2～8％，Nd：0.1～0.4％，Gd：0.1～0.2％，Yb：0.1～0.3％，B：0.1～0.2％，In：0.6～0.8％，余量为Mg。该材料的制备加工方法中仅进行了轧制变形，轧后最终热处理仅在360℃保温固溶热处理8.5h后在140℃时效保温2.8h，并没有对时效强化效果进行说明。该专利文献的实施例合金中，Li是含量最高的合金化元素，因此所述合金是Mg-Li系镁合金。

专利文献2提供了一种具有抗菌功能的生物医用可降解镁合金及其制备方法，其特征在于按重量百分比计化学成分为：Ga：0.2～4％，Cu：0.1～1％，余量为镁。该材料的制备加工方法中进行了固溶与短时间(2～4h)的高温(200～350℃)时效热处理，但并没有对时效强化效果进行说明。该专利文献的实施例合金中，合金化元素不含Li，因此所述合金是Mg-Ga二元和Mg-Ga-Cu三元镁合金，且主要应用于生物医用领域。

专利文献3提供了高强度高耐蚀性生物医用Mg-Ga合金及其制备方法，其特征在于按重量百分比计化学成分为：Ga：4.5～10％，Zn：0.9～2％，余量为镁。该材料的制备加工方法中进行了固溶时效热处理，但并没有对时效强化效果进行说明。该专利文献的实施例合金中，合金化元素不含Li，因此所述合金是Mg-Ga二元和Mg-Ga-Zn三元镁合金，且主要应用于生物医用领域。

现有技术文献

专利文献1：CN201710875993.0一种具有阻燃性的Mg-Li-Ga合金及其加工工艺，

专利文献2：CN201811054711.1一种具有抗菌功能的生物医用可降解镁合金及其制备方法，