[发明专利]一种具有高加工硬化率的高强韧可降解锌合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有高加工硬化率的高强韧可降解锌合金，包括Zn基体，细化并分散于Zn基体中的Zn+Mg₂Zn₁₁共晶组织，Zn基体中还分散有微米级YZn₁₂，Zn+Mg₂Zn₁₁共晶组织中分散有亚微米级YZn₁₂和纳米级YZn₁₂，亚微米级YZn₁₂和纳米级YZn₁₂的面积比不大于85:15。本发明还公开了一种具有高加工硬化率的高强韧可降解锌合金的制备方法及其在生物医用可降解金属材料中的应用。本发明的锌合金兼具高强度和高韧性，其抗拉强度为340～530MPa，延伸率为10～32％，可满足不同医疗器械对锌合金力学性能的要求。

技术领域

本发明涉及一种具有高加工硬化率的高强韧可降解锌合金及其制备方法和应用，属于锌合金材料技术领域。

背景技术

由于锌及其合金具有适宜的生物降解速率(介于镁和铁之间)和良好的生物相容性，被认为是最具应用潜力的可降解金属材料。纯锌的力学性能较差，难以满足可降解金属的力学性能要求。因此，合金化成为提高锌合金力学性能的主要手段。近年来开发了多种成分锌合金，主要包括Zn-Mg基、Zn-Cu基、Zn-Mn基、Zn-Ag基和Zn-Li基等，以及在这些合金基础上形成的各类三元和多元合金体系。专利【CN105624468B，CN108588484B、CN108754232B】等公开了若干同时具有高强度和高韧性的Zn-Mn-Mg、Zn-Mn-Li合金，其抗拉强度和延伸率能够达到400MPa和10％。

然而，锌合金在使用过程中存在一个严重的问题，加工软化。锌合金室温拉伸时，当应力达到最大值后，随着应变的增加应力逐渐下降，即加工硬化率低，颈缩发生的早。因此，利用锌合金制备的医疗器械产品在承载时，容易发生不均匀变形，造成局部断裂或腐蚀，导致产品的早期失效，目前尚未有适宜的方法能够改善或显著提高锌合金的加工硬化率。本发明即针对锌合金加工硬化率低的问题，公布了一种具有高加工硬化率的高强韧可降解锌合金及其制备方法和应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种具有高加工硬化率的高强韧可降解锌合金，该锌合金形成了“细晶基体+细晶共晶+尺寸多级YZn₁₂相颗粒(纳米级+亚微米级+微米级)”特定组织。

同时，本发明提供一种具有高加工硬化率的高强韧可降解锌合金的制备方法，该法在锌合金成分设计基础上(添加适当的Y元素)形成两种尺寸范围的YZn₁₂相，利用特定转模等通道转角挤压加工工艺，实现锌合金的超细化以及锌合金中YZn₁₂相尺寸的多级分布，利用纳米尺度YZn₁₂相的变形特性提高合金的加工硬化率和高韧性，实现可降解锌合金高加工硬化率和高强韧性的结合，有望避免锌合金服役过程的局部变形，拓宽该类生物医用材料的应用。

同时，本发明提供一种具有高加工硬化率的高强韧可降解锌合金在生物医用可降解金属材料中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种具有高加工硬化率的高强韧可降解锌合金，其特征在于：包括Zn基体，细化并分散于Zn基体中的Zn+Mg₂Zn₁₁共晶组织，Zn基体中还分散有微米级YZn₁₂，Zn+Mg₂Zn₁₁共晶组织中分散有亚微米级YZn₁₂和纳米级YZn₁₂，亚微米级YZn₁₂和纳米级YZn₁₂的面积比不大于85:15。

所述锌合金的组分为：Mg：0.8～1.7％，Y：0.1～0.5％，余下为Zn，且合金中Y与Mg的质量比不高于0.3。