[发明专利]一种细晶生物镁锌合金板材的制备方法

说明书

本发明提供一种细晶生物镁锌合金板材的制备方法，包括：制备镁锌合金铸坯，镁锌合金铸坯包含以下重量百分含量的元素：Zn为1.8％‑2.2％，余量为Mg；将镁锌合金铸坯加热至290℃‑300℃，在290℃‑300℃温度下进行单道次轧制，轧制下压量为75％‑85％，得到具有细晶粒尺寸的镁锌合金板材。本发明能够有效细化镁锌合金晶粒尺寸，提高生物镁锌合金的力学和耐腐蚀性能，制备方法步骤简单，便于批量化生产。

技术领域

本发明涉及镁合金材料的加工领域，具体地，涉及一种细晶生物镁锌合金板材的制备方法。

背景技术

镁及镁合金具有低密度，高的比强度，回收成本低，被誉为21世纪的绿色工程材料。此外，镁还可以自发的在人体环境中腐蚀降解，具有优异的生物相容性，是目前最具有代表性的生物医用可降解金属材料。无论从工业应用还是生物医用，提高镁合金的强度，减少合金元素的添加种类(尤其稀土元素)，降低合金成本，一直是该领域的追求。另外，对于生物医用镁合金，还要尽量避免Al，稀土等有害的元素添加；减少合金中的析出相产生以免加速腐蚀降解速率。归于以上种种原因，细化镁合金的晶粒尺寸，可以显著提高合金的强度，增加耐腐蚀性能，不影响生物相容性和安全性，并且可以减少对合金元素的依赖。

目前，多数医用镁合金在热加工过程中存在的一个问题是容易产生析出相，由于析出相会与镁基体之间发生微电偶腐蚀，从而加速镁合金的腐蚀速率，对医用生物镁合金的降解性能产生负面影响。尤其是高温大应变的加工工艺，会使合金中在该温度下本该处于固溶态的溶质原子动态析出，例如：镁锌合金在400℃保温时无析出相产生，而单道次轧制变形量达到80％时会产生大量析出相。因此对于生物镁合金，需要有效细化晶粒提高材料性能的简单工艺，而又使合金保持单相。针对上述问题，为了同时满足的力学、降解性能和生物相容性，提出了一种细晶生物镁锌合金板材的制备方法。

经检索发现，申请号为201210164214.3的中国专利，公开了一种骨固定用可降解高强韧超细晶镁锌稀土合金及其制备方法，其制备方法包括，选择所述成分的镁锌稀土合金铸锭，按照挤压模具的通道尺寸切割成柱状试件；进行常规前处理以去除表面油污、氧化膜；将试件置入等径通道模具中随炉加热至300℃保温，然后进行≥8道次近似纯剪切变形的连续等径通道转角挤压，相邻道次之间试验旋转180°，最终获得可用于短期植入的骨固定用高强度韧耐生物腐蚀的超细晶镁锌稀土合金块材。但是上述专利存在以下不足：首先径通道转角挤压工艺对加工出的材料尺寸有较大限制，通常制备出的尺寸较小，不利于大规模生产。其次，径通道转角挤压工艺相对于传统的轧制工艺更为复杂，生产效率相对较低，批量生产能力及效率不如简单的轧制工艺。再次，该可降解高强韧超细晶镁锌稀土合金种含有稀土元素，从生物安全性角度不如低锌含量的镁锌二元合金。

经检索发现，申请号为201610913369.0的中国专利，公开了一种各向异性生物医用定向凝固镁锌合金材料制备方法，该方法采用定向凝固技术与取向分析技术相结合，实现满足各向异性需求的生物医用镁锌合金的材料制备；先按成分需要配料纯镁和纯锌并在电阻炉中熔炼镁锌合金，并通过直接浇铸成棒材或从铸锭上切割制备棒材，然后在定向凝固设备上制备具有生长取向和显著力学性能与腐蚀性能各向异性的镁合金，再根据生物医用材料所需性能进行不同取向的镁合金切割加工；其中，熔炼温度为720～750℃，定向凝固加热温度720～820℃，定向凝固温度梯度为5～15℃/mm；定向凝固抽拉速度为20～200μm/s。合金以生物医用为目的，Zn含量1～5wt.％，微观组织为定向凝固组织。但是上述专利存在以下不足：定向凝固镁锌合金材料属于铸造合金，其晶粒尺寸很难细化到亚微米水平，性能也会受到晶粒尺寸的限制。而通过热加工制备的镁锌合金属于变形镁合金，其晶粒尺寸相对定向凝固镁锌合金更为细小，尤其当晶粒尺寸细化到超细晶级别时，合金可以同时具有优异的力学性能和降解性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种细晶生物镁锌合金板材的制备方法。

本发明第一个方面提供一种细晶生物镁锌合金板材的制备方法，包括：