CN112276093B - 一种超高纯镁棒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高纯镁棒的制备方法，其特征在于该超高纯镁棒包括以下制备步骤：1)破碎：将纯度99.999～99.9999％的海绵态镁剪切成颗粒；2)清洗：将海绵态镁清洗，去除表面氧化层及附着的油污、灰尘，并烘干备用；3)包套封装：选用洁净的不锈钢管或低碳钢管作为包套材料，将干燥后的海绵态镁颗粒填充到不锈钢管或低碳钢管中，把镁颗粒压实，用纯铝棒把管口两端封闭；4)致密化：将填充镁颗粒的钢管进行旋锻，实现海绵态镁的致密化；5)变形强化：把致密化的镁棒进行旋锻，实现塑性变形强化。本发明方法制备的镁棒可以避免海绵态超高纯镁在重熔过程中Fe、Ni、Cu等杂质元素的污染，保证超高纯镁的纯度不受影响，且采用旋锻细化晶粒，提高了镁棒的强度。

Description

一种超高纯镁棒的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种超高纯镁棒的制备方法。
背景技术
目前，生物体内可降解吸收材料正成为生物材料的一个研究热点，以生物可降解镁及合金为主要代表的新一代可降解医用金属材料的研究受到了人们的特别关注。Mg及Mg合金作为生物医学材料有许多优于现有生物医用金属材料的性能。大量的研究表明，不论从力学性能还是生物相容性来看，镁及镁合金都是极好的生物植入材料。然而镁及其合金降解速率过快导致可降解镁合金植入器件的体内力学性能衰减速率过快，在组织未完全愈合前就发生失效，从而影响治疗效果。因此镁及镁合金在生理电解质环境中的降解速率的控制(特别是材料的均匀腐蚀)仍然是生物镁合金应用的主要瓶颈问题。镁合金易于腐蚀的原因除了其本身的自然特性(镁合金的表面无法自发性地形成具有保护性的表面膜)外，其关键的原因是镁合金共晶相中稳定的第二相与基体形成电偶腐蚀。而且晶界聚集的Fe、Ni、Cu等杂质元素和分布于基体的杂质元素相(如Al3Fe等)具有活跃的阴极特性，促进了镁合金表面微电池的形成。镁合金中的第二相表现出极强的阴极特性，一般不发生腐蚀，在生物降解过程中很难形成离子，较大尺寸的第二相粒子可能会形成血栓等后续不良影响，这一问题成为生物镁合金应用的另一疑虑。已有研究表明，高纯镁(纯度99.99％)相比于国际上采用的改性WE43和MgCaZn合金，避免了合金中第二相引起的电偶腐蚀加快降解的问题，以及第二相物质生物学方面的潜在问题，因而具有高更的生物安全性，可降解纯镁钉也成为我国第一个获得国家药物监督管理局临床批件的可降解镁基金属III类(植入类)医疗器械产品。
综上所述，制备出更高纯度的金属镁有利于更快推进镁在生物可降解植入器件上的应用。目前，通过对熔融态金属镁采用多次真空蒸馏-冷凝结晶的方法可以获得纯度达99.999％的海绵态超高纯镁，但把这种海绵态超高纯镁转变为可以使用的棒材且纯度不发生变化则是很困难的事情，因为通常的办法是把海绵态超高纯镁进行重熔-铸造获得可以用于挤压的棒坯，但在重熔过程中Fe、Ni、Cu等杂质元素很容易进入到镁中，导致材料的纯度降低，耐腐蚀性下降。而且超高纯镁的热挤压温度一般在300～350℃，动态再结晶粗化严重，且由于纯度高导致的析出相缺乏，挤压态超高纯镁的抗拉强度不超高150MPa。针对上述问题，本发明提出一种可以不需要重熔的旋锻成形制备方法，在固态条件下实现海绵态超高纯镁转变为可以满足生物可降解植入器件精密加工的棒材。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种强度高的超高纯镁棒的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超高纯镁棒的制备方法，其特征在于该超高纯镁棒包括以下制备步骤：
1)破碎：将纯度99.999～99.9999％的海绵态镁剪切成颗粒；
2)清洗：将海绵态镁清洗，去除表面氧化层及附着的油污、灰尘，并烘干备用；
3)包套封装：选用洁净的不锈钢管或低碳钢管作为包套材料，将干燥后的海绵态镁颗粒填充到不锈钢管或低碳钢管中，把镁颗粒压实，用纯铝棒把管口两端封闭；
4)致密化：将填充镁颗粒的钢管进行旋锻，实现海绵态镁的致密化；
5)变形强化：把致密化的镁棒进行旋锻，实现塑性变形强化；
6)加工：加工掉外层钢质包套材料及镁棒两端，获得超高纯镁棒。
为提高致密度，作为优选，所述步骤1)中海绵态镁的颗粒尺寸≤15mm。
为利于去除水分同时避免镁表面氧化，作为优选，所述步骤2)中海绵态镁在真空干燥箱中烘干，烘干温度为60～100℃。
为避免海绵态镁颗粒在后续致密化过程中移动，作为优选，所述步骤3)中不锈钢管或低碳钢管中对海绵态镁颗粒施加40～80MPa比压将镁颗粒压实。
为实现好的致密化效果，作为优选，所述步骤4)中按照每道次钢管的直径减少1.0～10mm的加工率在5～40℃下进行旋锻。本申请在5～40℃下(基本为室温)通过控制道次加工率实现海绵态镁颗粒的致密化。
在实现塑性变形强化的同时而不使得镁棒断裂，作为优选，所述步骤5)中按照每道次钢管的直径减少0.5～5mm的加工率在5～40℃下进行旋锻实现塑性变形强化。通过控制道次加工率在5～40℃(基本为室温)下进行塑性强化，在该温度下，镁在塑性变形过程中的动态再结晶极为缓慢，而是形成纤维状的晶粒，强度和性能稳定性提高。
在实现塑性变形强化的同时而不使得镁棒断裂，作为优选，所述步骤5)中将镁棒在惰性气体保护下加热至100～200℃，然后按照每道次钢管的直径减少0.5～5mm的加工率进行旋锻实现塑性变形强化。通过控制道次加工率在100～200℃下进行塑性强化，在100～200℃温度下旋锻，该温度能够极大地阻止镁在塑性变形过程中的动态再结晶，避免晶粒粗大，提高镁棒的强度以及性能稳定性。
作为优选，所述镁棒的晶粒呈纤维状，所述纤维的直径为500nm～3μm。将纤维的直径控制在500nm～3μm可以实现镁棒强度的提高以及性能稳定性。
作为优选，所述镁棒的晶粒为颗粒状，所述颗粒的尺寸为3μm～15μm。该尺寸的颗粒细小、均匀，提高了镁棒的强度以及性能稳定性。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明提供一种不需要高温重熔制备镁棒的方法，可以避免海绵态超高纯镁在重熔过程中Fe、Ni、Cu等杂质元素的污染，保证超高纯镁的纯度不受影响。
(2)除了实现海绵态镁的致密化外，本发明可以在室温或低温条件下实现对超高纯镁的冷变形塑性强化，从而可以抑制动态再结晶产生或晶粒粗化，形成纤维状或细晶微观组织，实现超高纯镁的强韧性提高，一次性制备出能够直接加工的生物可降解植入器件的镁棒材。
(3)本发明的超高纯镁棒可以实现5个9的纯度，抗拉强度≥175MPa。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明选取10个实施例和1个对比例，实施例按照本发明的方法制备，其中实施例1至5采用在5～40℃下进行旋锻实现塑性变形强化，实施例6至10将镁棒在惰性气体保护下加热至100～200℃进行旋锻实现塑性变形强化，关键控制参数见表1。
本实施例中的超高纯镁棒包括以下制备步骤：
1)破碎：将纯度99.9994％的海绵态镁剪切成颗粒；
2)清洗：采用超声波清洗，将海绵态超高纯镁颗粒的表面依次使用弱酸、酒精清洗，去除表面氧化层及附着的油污、灰尘，并在真空干燥箱中烘干备用；
3)包套封装：选用洁净的不锈钢管或低碳钢管作为包套材料，将干燥后的海绵态镁颗粒填充到不锈钢管或低碳钢管中，把镁颗粒压实，用纯铝棒把管口两端封闭；
4)致密化：将填充镁颗粒的钢管进行旋锻，得到实现海绵态镁的致密化；
5)变形强化：把致密化的镁棒进行旋锻，实现塑性变形强化；
6)加工：加工掉外层钢质包套材料及镁棒两端，获得超高纯镁棒。
对比例：采用纯度99.9994％的海绵态镁，利用真空感应炉进行重熔，坩埚采用低碳钢坩埚，熔化温度720℃，采用Ar气进行保护，铸棒直径为90mm，把铸棒加工成直径87mm、长度300mm的棒料，在300℃进行挤压成直径12mm棒材，挤压比18。
从表2可以看出，采用本发明方法制备的镁棒，能够基本保持原始海绵态镁的纯度，纯度达到5个9，致密度与对比例相当，而抗拉强度≥175MPa，采用对比例工艺制备的镁棒，只能达到4个9的纯度，其纯度大大降低，且晶粒粗大，抗拉强度低于本发明。
表1实施例的关键工艺参数控制
Figure BDA0002723320460000041
表2实施例、对比例的微观组织及性能
Figure BDA0002723320460000042

Claims (5)

1.一种超高纯镁棒的制备方法，其特征在于该超高纯镁棒包括以下制备步骤：
1)破碎：将纯度99.999～99.9999％的海绵态镁剪切成颗粒；
2)清洗：将海绵态镁清洗，去除表面氧化层及附着的油污、灰尘，并烘干备用；
3)包套封装：选用洁净的不锈钢管或低碳钢管作为包套材料，将干燥后的海绵态镁颗粒填充到不锈钢管或低碳钢管中，把镁颗粒压实，用纯铝棒把管口两端封闭；
4)致密化：将填充镁颗粒的钢管进行旋锻，实现海绵态镁的致密化；
5)变形强化：把致密化的镁棒进行旋锻，实现塑性变形强化；按照每道次钢管的直径减少0.5～5mm的加工率在5～40℃下进行旋锻实现塑性变形强化；所述镁棒的晶粒呈纤维状，所述纤维的直径为500nm～3μm；
或者将镁棒在惰性气体保护下加热至100～200℃，然后按照每道次钢管的直径减少0.5～5mm的加工率进行旋锻实现塑性变形强化；所述镁棒的晶粒为颗粒状，所述颗粒的尺寸为3μm～15μm；
6)加工：加工掉外层钢质包套材料及镁棒两端，获得超高纯镁棒。
2.根据权利要求1所述的超高纯镁棒的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中海绵态镁的颗粒尺寸≤15mm。
3.根据权利要求1所述的超高纯镁棒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中海绵态镁在真空干燥箱中烘干，烘干温度为60～100℃。
4.根据权利要求1所述的超高纯镁棒的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中不锈钢管或低碳钢管中对海绵态镁颗粒施加40～80MPa比压将镁颗粒压实。
5.根据权利要求1所述的超高纯镁棒的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中按照每道次钢管的直径减少1.0～10mm的加工率在5～40℃下进行旋锻。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101745592B (zh) * 2010-01-15 2011-05-11 北京工业大学 一种高强度镁合金丝的旋锻制备方法
CN103928192B (zh) * 2014-04-23 2016-03-16 东南大学 一种大尺度MgB2单芯超导线材的制备方法
CN108580579B (zh) * 2017-08-21 2020-08-07 广东省材料与加工研究所 一种医用镁合金薄壁管材的制备方法
CN108330368A (zh) * 2018-03-30 2018-07-27 西安卓恰医疗器械有限公司 生物体植入物、其成分及制备方法
CN108728781A (zh) * 2018-07-07 2018-11-02 中南大学 一种制备纳米微剪切带增强镁合金的方法
CN108486447A (zh) * 2018-07-07 2018-09-04 中南大学 一种低稀土纳米镁合金时效热处理工艺

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