CN109868435A - 一种镁合金管材及其热处理方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镁合金管材及其热处理方法和应用，属于金属材料热处理技术领域。本发明提供的镁合金管材的热处理方法，包含以下步骤：在真空中，将拉拔成型的待处理镁合金管材进行热处理，然后冷却，得到镁合金管材；所述真空的真空度为‑0.01MPa～‑0.1MPa；所述热处理的升温速率为10℃/min～20℃/min，所述热处理的保温温度为150℃～300℃，所述热处理的保温时间为10min～40min。本发明提供的热处理方法，能够有效的消除镁合金管材在拉拔成型工艺产生的残余内应力，降低强度，提高塑性。本发明提供的镁合金管材能够满足血管支架对镁合金管材性能的需求。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料热处理技术领域，尤其涉及一种镁合金管材及其热处理方法和应用。
背景技术
随着人们生活水平的提高，冠状动脉硬化、心肌梗塞等心血管疾病患者数量日益增多。心血管疾病已经逐渐成为导致人类死亡的首要疾病。血管支架介入治疗是目前临床常用的较为成熟的治疗手段之一。经皮穿刺冠状动脉成型术将血管支架植入人体内是目前治疗动脉粥样硬化性冠心病广泛采用的主要手段。不锈钢、镍钛合金和钴铬合金材料具有较高的强韧性、优异的耐腐蚀性，是目前临床上广泛使用的血管支架材料，然而，这三种金属材料化学性质稳定，在人体内不可降解，植入人体后会永久存在于人体，作为异物，它们可能会形成血栓导致植入部位血管的再狭窄，导致长期局部炎性反应，对周围组织有刺激作用。
镁是人类新陈代谢所需的物质之一，镁几乎参与人体内所有的新陈代谢过程，它能减少血液中胆固醇的含量，防止动脉硬化、高血压和心肌梗死，提高心血管的抗病毒能力。镁合金具有的良好的生物相容性和生物可降解性，使其成为制作血管支架的热门材料，镁合金支架具有的可完全降解这一特性，不仅可以在一定程度上改善血管的顺应性、自然性，还可在血管的同一病变处进行再次支架植入时，不会出现不可降解支架带来的重叠现象。
目前，医学上常规使用的镁合金为经拉拔成型的镁合金管材，这样的镁合金管材中晶粒大小不均匀，晶粒内有粗大的形变孪晶，伸长率较低，对后续的加工和支架性能不利，不能到达血管支架对镁合金的拉伸性能要求。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁合金管材的热处理方法。本发明提供的热处理方法能够有效提高镁合金管材的拉伸性能，满足血管支架对镁合金的拉伸性能要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种镁合金管材的热处理方法，包含以下步骤：
在真空中，将拉拔成型的待处理镁合金管材进行热处理，然后冷却，得到镁合金管材；
所述真空的真空度为-0.01MPa～-0.1MPa；所述热处理的升温速率为10℃/min～20℃/min，所述热处理的保温温度为150℃～300℃，所述热处理的保温时间为10min～40min。
优选地，所述待处理镁合金包括血管支架用镁合金。
优选地，所述血管支架用镁合金为Mg-Zn-Y-Nd镁合金或Mg-Zn-Y-Nd-Zr镁合金。
优选地，所述真空通过抽真空实现，所述抽真空的时间为20min～40min。
优选地，所述冷却的方式为空气冷却和/或水冷却。
优选地，所述热处理的保温温度为180℃～280℃。
优选地，所述热处理的保温时间为15min～30min。
本发明还提供上述技术方案所述的热处理方法制得的镁合金管材，所述镁合金管材中的晶粒为等轴晶，平均晶粒尺寸<20μm，抗拉强度为250MPa～320MPa，屈服强度为150MPa～250MPa，伸长率在10％以上。
本发明还提供上述技术方案所述的镁合金管材在制备血管支架中的应用。
本发明提供了一种镁合金管材的热处理方法，包含以下步骤：在真空中，将拉拔成型的待处理镁合金管材进行热处理，然后冷却，得到镁合金管材；所述真空的真空度为-0.01MPa～-0.1MPa；所述热处理的升温速率为10℃/min～20℃/min，所述热处理的保温温度为150℃～300℃，所述热处理的保温时间为10min～40min。本发明提供的镁合金管材的热处理方法，能够有效的消除镁合金管材在拉拔成型工艺产生的残余内应力，消除加工硬化，降低强度，大幅度提高塑性，减小微管的应力腐蚀。实验结果表明，本发明热处理后的镁合金管材的抗拉强度为250MPa～320MPa，屈服强度为150MPa～250MPa，伸长率为10％～17.1％。
且本发明提供的镁合金管材能够满足血管支架对镁合金管材性能的需求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为热处理前拉拔成型Mg-Zn-Y-Nd合金管材的显微组织图；
图2为实施例1中Mg-Zn-Y-Nd合金管材经热处理后拉伸断口形貌的显微组织图；
图3为实施例1制备得到的Mg-Zn-Y-Nd合金管材拉伸试样尺寸及示意图；
图4是实施例2制备得到的Mg-Zn-Y-Nd合金管材的显微组织图；
图5是实施例3制备得到的Mg-Zn-Y-Nd合金管材的显微组织图；
图6是实施例4制备得到的Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金管材的显微组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种镁合金管材的热处理方法，包含以下步骤：
在真空中，将拉拔成型的待处理镁合金管材进行热处理，然后冷却，得到镁合金管材；
所述真空的真空度为-0.01MPa～-0.1MPa；所述热处理的升温速率为10℃/min～20℃/min，所述热处理的保温温度为150℃～300℃，所述热处理的保温时间为10min～40min。
本发明在真空中，将拉拔成型的待处理镁合金管材进行热处理，然后冷却，得到镁合金管材。在本发明中，所述待处理镁合金优选包括血管支架用镁合金，所述血管支架用镁合金优选为Mg-Zn-Y-Nd镁合金或Mg-Zn-Y-Nd-Zr镁合金。在本发明中，所述Mg-Zn-Y-Nd镁合金优选包含以下质量百分含量的组分：Zn 1～3％，Y 0.23～0.69％，Nd 0.5～1％和余量的Mg；所述Mg-Zn-Y-Nd-Zr镁合金优选包含以下质量百分含量的组分：Zn 1.0～3.0％、Y 0.20～1.50％、Nd 0.40～1.50％、Zr 0.30～0.50％和余量的Mg。
在本发明中，所述拉拔成型的待处理镁合金优选在热处理模具中进行热处理。在本发明中，所述拉拔成型的待处理镁合金的制备方法优选包含以下步骤：
将挤压得到的管材作为管坯，进行长芯轴拉拔；将芯轴表面涂抹润滑油，将芯轴穿入管坯内，穿过拉拔模具，拉拔机夹头自动夹持和拉拔；之后按同样的方式进行多道次拉拔，每道次拉拔之间进行真空退火处理。本发明采用的拉拔成型镁合金中晶粒为变形晶粒，晶粒内有形变孪晶。
在本发明中，所述真空的真空度为-0.01MPa～-0.1MPa，所述真空优选通过抽真空实现，所述抽真空的时间为20min～40min。在本发明中，所述拉拔成型的待处理镁合金管材在所述真空环境中进行热处理，既能保证制得的镁合金管材的组织和性能能够满足实际需求，又使得镁合金管材不会被氧化，同时降低镁合金管材的生产成本。
在本发明中，所述热处理的升温速率为10℃/min～20℃/min；所述热处理的保温温度为150℃～300℃，进一步优选为180℃～280℃；所述热处理的保温时间为10min～40min，进一步优选为15min～30min。在本发明中，所述拉拔成型的待处理镁合金管材在所述热处理条件下进行热处理，既能保证镁合金管材的直线度和壁厚均匀度，还可以使管材结构中晶粒细化，提高管材的塑性和韧性。
在本发明中，所述冷却的方式优选为空气冷却和/或水冷却。在本发明中，当所述冷却方式为空气冷却时，所述空气的温度优选为室温，所述空气冷却优选在日常空气环境中进行；当所述冷却方式为水冷却时，所述水的温度优选为室温，所述水冷却优选在静止的水中进行。本发明对所述冷却的时间没有具体的限定，能够满足将镁合金管材冷却至室温即可。本发明采用快速冷却的方式，使制备出的镁合金管材在冷却过程中通过再结晶产生细小晶粒，提高镁合金管材的韧性。
本发明还提供上述技术方案所述的热处理方法制得的镁合金管材，所述镁合金管材中的晶粒为等轴晶，平均晶粒尺寸<20μm，抗拉强度为250MPa～320MPa，屈服强度为150MPa～250MPa，伸长率在10％以上。
本发明还提供上述技术方案所述的镁合金管材在制备血管支架中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的镁合金管材及其热处理方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将Mg-Zn-Y-Nd合金管材放入真空热处理炉中，关闭阀门，打开真空泵，抽真空30min，真空度保持在-0.1MPa；
(2)以20℃/min的升温速率将温度升至180℃，保温30min；
(3)保温结束后将管材取出在空气中冷却。
将实施例1制备得到的Mg-Zn-Y-Nd镁合金管材按照国家标准(GB/T228.1-2010)截取，试样尺寸如图3所示，管材长度L为100mm、标距L0为50mm，管材试样端部用金属塞头塞上；塞头至标距标记位置的距离L′不小于D/4，为防止夹具夹伤管材而发生失效，在夹持部位用水砂纸包覆，试样制备好以后在电子万能实验机上进行室温拉伸实验，拉伸速度为1mm/min。测试管材的屈服强度YS、抗拉强度UTS以及伸长率ε。拉伸性能的测试结果参见表1。
图1为热处理前拉拔成型Mg-Zn-Y-Nd合金管材的显微组织图，从图1和表1中可以看出，经拉拔成型的Mg-Zn-Y-Nd合金管材中晶粒为变形晶粒，晶粒内有形变孪晶。
图2为实施例1制备得到的Mg-Zn-Y-Nd合金管材拉伸断口形貌的显微组织图，从图2和表1中可以看出，Mg-Zn-Y-Nd合金管材经热处理后微管的断口形貌和挤压态管材相似，存在着大量的韧窝，断裂方式为韧性断裂，第二相颗粒弥散均匀分布，热处理后微管呈现出较高的强度和较好的塑性变形能力。
实施例2
(1)将Mg-Zn-Y-Nd合金管材放入真空热处理炉中，关闭阀门，打开真空泵，抽真空30min，真空度保持在-0.1MPa；
(2)以20℃/min的升温速率将温度升至280℃，保温15min；
(3)保温结束后将管材取出在空气中冷却。
采用与实施例1相同的拉伸性能测试方法，测试结果参见表1。
图4是实施例2制备得到的Mg-Zn-Y-Nd合金管材的显微组织图，从图4和表1中可以看出，经热处理后的Mg-Zn-Y-Nd镁合金管材的晶粒明显细化，晶粒为等轴晶，晶粒尺寸均匀，平均晶粒尺寸小于20μm，Mg-Zn-Y-Nd合金管材的伸长率明显增大。
实施例3
(1)将Mg-Zn-Y-Nd合金管材放入真空热处理炉中，关闭阀门，打开真空泵，抽真空30min，真空度保持在-0.1MPa；
(2)以20℃/min的升温速率将温度升至280℃，保温25min；
(3)保温结束后将管材取出在空气中冷却。
采用与实施例1相同的拉伸性能测试方法，测试结果参见表1。
图5是实施例3制备得到的Mg-Zn-Y-Nd合金管材的显微组织图，从图5和表1中可以看出，经热处理后的Mg-Zn-Y-Nd合金管材的晶粒明显细化，晶粒为等轴晶，晶粒尺寸均匀，平均晶粒尺寸小于20μm，Mg-Zn-Y-Nd合金管材的伸长率明显增大。
实施例4
(1)将Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金管材放入真空热处理炉中，关闭阀门，打开真空泵，抽真空30min，真空度保持在-0.05MPa；
(2)以15℃/min的升温速率将温度升至280℃，保温60min；
(3)保温结束后将管材取出在水中冷却。
采用与实施例1相同的拉伸性能测试方法，测试结果参见表1。
图6是实施例4制备得到的Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金管材的显微组织图，从图6和表1中可以看出，经热处理后的Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金管材的晶粒明显细化，晶粒为等轴晶，晶粒尺寸均匀，平均晶粒尺寸小于20μm，Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金管材的伸长率明显增大。
表1实施例1～4制备得到镁合金的拉伸性能测试结果
| 状态 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 伸长率/％ |
| 拉拔态 | 350 | 310 | 4.3 |
| 实施例1 | 320 | 250 | 10 |
| 实施例2 | 250 | 160 | 16.5 |
| 实施例3 | 250 | 150 | 17.1 |
| 实施例4 | 300 | 254 | 18 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种镁合金管材的热处理方法，其特征在于，包含以下步骤：
在真空中，将拉拔成型的待处理镁合金管材进行热处理，然后冷却，得到镁合金管材；
所述真空的真空度为-0.01MPa～-0.1MPa；所述热处理的升温速率为10℃/min～20℃/min，所述热处理的保温温度为150℃～300℃，所述热处理的保温时间为10min～40min。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述待处理镁合金包括血管支架用镁合金。
3.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，所述血管支架用镁合金为Mg-Zn-Y-Nd镁合金或Mg-Zn-Y-Nd-Zr镁合金。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述真空通过抽真空实现，所述抽真空的时间为20min～40min。
5.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述冷却的方式为空气冷却和/或水冷却。
6.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述热处理的保温温度为180℃～280℃。
7.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述热处理的保温时间为15min～30min。
8.权利要求1～7任一项所述的热处理方法制得的镁合金管材，其特征在于，所述镁合金管材中的晶粒为等轴晶，平均晶粒尺寸<20μm，抗拉强度为250MPa～320MPa，屈服强度为150MPa～250MPa，伸长率在10％以上。
9.权利要求8所述的镁合金管材在制备血管支架中的应用。
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