[发明专利]一种细化含Fe的锌合金中第二相的凝固方法及装置

说明书

本发明提供一种细化含Fe的锌合金中第二相的凝固方法及装置，属于医用金属材料的制备加工技术领域。该方法为底部循环液冷法，依托一种定向快速冷却装置，可以使高温金属熔液沿纵向以60～200℃/min的速度定向凝固，得到直径为10～100mm，没有缩孔等缺陷和缩尾小于1cm的铸锭。这种方法对Fe含量为0.01～10％，其余为Zn的二元Zn‑Fe合金或者含有Mg、Li、Ca、Cu、Ge、Sr、Mn、Ag、Au、Ti、Re等无毒元素中至少一种的多元Zn‑Fe合金中的第二相有细化效果。与传统铸造方法相比，细化后合金中，长条状含Fe金属间化合物消失，块状含Fe金属间化合物的尺寸下降了50～80％，综合性能和加工性能都显著提升，更适合制备植入医疗器件。

技术领域

本发明涉及一种细化含Fe的锌合金中第二相的凝固方法及装置，属于医用金属材料的制备加工技术领域。

背景技术

锌是人体每日必需的微量元素之一，不能自行合成，只能从外界摄取。锌是多种酶、核酸及蛋白质的组成成分，缺乏锌影响细胞的生长，分裂和分化过程，会引起发育迟缓，免疫系统及神经系统等相关疾病。铁是人体内含量最丰富的微量元素，参与体内氧的运输和存储，维持着人体正常的造血功能，缺乏铁会导致贫血，免疫力下降等。目前，含铁生物可降解锌合金的研究很少，尚处于起步阶段。含Fe生物可降解锌合金中会生成粗大的块状或长条状含Fe金属间化合物，例如FeZn₁₃和(Fe，Mn)Zn₁₃等。块状第二相的尺寸(即等效直径)大于50μm，长条状第二相的长度为200～900μm，严重损害了合金的塑性，强化效果弱，限制了含Fe锌合金的应用和发展。

专利1公开了一种Zn-Fe系锌合金及其制备方法与应用，该合金的成分特征是：Fe：0～10％(不包括0)，微量元素(Si、P、Li、Ag、Sn和Re)：0～3％(不包括0)，余量为Zn。该合金的制备方法为将Zn、Fe或者Zn、Fe、微量元素均匀混合，在真空或者惰性气氛下进行烧结，冷却后再在表面涂覆药物涂层。

专利2公开了一种人体可降解的耐蚀高强韧Zn-Fe系锌合金及其应用，该合金的成分特征是：Fe：0.002％～10％，余量为Zn。根据该文献的实施例可知，随着Zn-Fe合金中Fe含量的增加，断裂延伸率不断降低，当Fe的含量分别为0.002％(实施例2)、0.015％(实施例3)、1％(实施例4)、2％(实施例5)和10％(实施例1)，合金的断裂延伸率分别为28％、24.5％、8.5％、4.5％和0.7％。

专利3公开了一种人体可降解的耐蚀高强韧Zn-Fe-Li系锌合金及其应用，该合金的成分特征是：Fe：0.002～10％，Li：0.001～10％，余量为Zn。根据该文献提供的实施例可知，随着Fe含量的上升，Zn-Fe-Li合金的断裂延伸率总体呈下降的趋势。当Fe的含量分别为0.015％(实施例3)、1％(实施例4)，2％(实施例5)和10％(实施例1)时，合金的断裂延伸率分别为36％、15.5％、5.3％和1.2％。

专利4公开了一种显著改善含Fe可降解锌合金组织和性能的方法，该合金的成分特征是：Fe：0.001％-6％，其他合金化元素为Li、Mn、Ag、Cu、Ge、Mo、Na、Mg、Ca、Sr、Au、P、Si、Sn、Zr元素中的至少一种，余量为Zn。根据该文献提供的发明例可知，Zn-Mn合金预制细化剂法和自生细化剂法使含Fe锌合金中含Fe化合物的尺寸下降了10～50％。

现有技术文献：

专利1：CN106606800B，一种Zn-Fe系锌合金及其制备方法与应用。

专利2：CN104689369B，一种人体可降解的耐蚀高强韧Zn-Fe系锌合金及其应用。

专利3：CN104651665B，一种人体可降解的耐蚀高强韧Zn-Fe-Li系锌合金及其应用。

专利4：CN109763004A，一种显著改善含Fe可降解锌合金组织和性能的方法。

发明内容