CN114480918B - 一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用 - Google Patents

一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114480918B
CN114480918B CN202210018437.2A CN202210018437A CN114480918B CN 114480918 B CN114480918 B CN 114480918B CN 202210018437 A CN202210018437 A CN 202210018437A CN 114480918 B CN114480918 B CN 114480918B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc alloy
rolling
series
temperature
casting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210018437.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114480918A (zh
Inventor
石章智
李长恒
王鲁宁
刘祥龙
李相民
蔡文龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN202210018437.2A priority Critical patent/CN114480918B/zh
Publication of CN114480918A publication Critical patent/CN114480918A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114480918B publication Critical patent/CN114480918B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C18/00Alloys based on zinc
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B3/00Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B3/00Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B21B2003/008Zinc or its alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

本发明实施例公开一种Zn‑C系锌合金及其制备方法和应用,属于冶金化工技术领域。本发明的Zn‑C系锌合金包括0.001~30wt%的C元素;本发明的Zn‑C系锌合金的制备方法选自以下方法中的任意一种(1)反复铸造→轧制;(2)反复铸造→叠轧;(3)反复铸造→挤压。本发明提出的Zn‑C系锌合金综合性能优异,C元素均匀分布,可有效抑制锌合金的再结晶,阻止晶粒长大,综合性能优异,不仅丰富了锌合金的牌号,而且可制备成分不连续变化的Zn‑C系锌合金。

Description

一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用
技术领域
本发明属于冶金化工技术领域,涉及一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用。
背景技术
锌合金有多种工业用途:(1)镀层,例如Zn-6Al-3Mg合金镀层、Zn-11Al-3Mg-0.2Si合金镀层、Zn-Sn合金镀层;(2)防腐蚀,例如牺牲阳极Zn-Al-Cd合金;(3)模具,例如日本的ZAS锌合金、美国的Kirksite锌合金和中国的ZnAl4-3锌合金;(4)电池、印刷和五金等领域有广泛应用。锌还是人体必须元素,生物相容性好、可在体内降解,近年来成为受到广泛关注的可降解医用金属。
目前已经发展出了多种锌合金体系。如铸造ZA-12、ZA-27等Zn-Al系锌合金的耐磨性能好,被应用于轴承、锁具、发动机外壳、仪表壳体和电子产品外壳等零部件。医用植入器件领域,也发展出了系列可降解医用锌合金,包括Zn-Mn系锌合金、Zn-Cu系锌合金、Zn-Mg系锌合金、Zn-Mo系锌合金和Zn-Fe系锌合金等。
但是,还没有文献报道Zn-C系锌合金。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何制备一种新的Zn-C系锌合金,本发明提出了一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用。本发明提出的Zn-C系锌合金综合性能优异,C元素均匀分布,可有效抑制锌合金的再结晶,阻止晶粒长大,综合性能优异,不仅丰富了锌合金的牌号,而且可制备成分不连续变化的Zn-C系锌合金。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
本发明的第一方面是提供一种Zn-C系锌合金,以所述Zn-C系锌合金的重量为100%计算,所述Zn-C系锌合金包括0.001~30wt%的C元素,优选C含量处于0.01~3.0%,此时C元素分布更加均匀,其综合性能更优。
优选地,所述Zn-C系锌合金还包括以下元素中的至少1种:0.001~4wt%Mn、0.001~1.5wt%Li、0.001~5wt%Mg、0.001~3wt%Ca、0.001~5wt%Co、0.001~4wt%Fe、0.001~15wt%Ag、0.001~15wt%Al、0.001~20wt%Au、0.001~10wt%Cu、0.001~8wt%Zr、0.001~0.5wt%Cr、0.001~20wt%Ge、0.001~8wt%Nb、0.001~8wt%Ni、0.001~10wt%P、0.001~20wt%Pd、0.001~20wt%Pt和0.001~10wt%Sb、0.001~5wt%Sc、0.001~30wt%Se、0.001~40wt%Si、0.001~8wt%Sr、0.001~3wt%Ti、0.001~2wt%V、0.001~5wt%的稀土元素,优选所述稀土元素包括Ce、Dy、Er、Eu、Gd、La、Nd、Sm或Y。
优选地,
所述元素中,Mg、Sr、Ca、Se、Ge、Zr、Ga、Ti可与C和Zn协同提升强度和成骨性能,Cu、Ag、Au、稀土元素可与C和Zn协同提升塑性,Mn、Li、Fe可与C和Zn协同提升强度和塑性。
优选地,
所述Zn-C系锌合金中,含C第二相晶粒的等效直径小于100nm;Zn基体晶粒的等效直径小于10μm,Zn-C合金的平均晶粒的等效直径小于3μm。
优选地,所述Zn-C系锌合金的屈服强度为150~480MPa,抗拉强度为180~510MPa,延伸率为5~95%。
本发明的第二方面是提供本发明的第一方面所述的Zn-C系锌合金的制备方法,制备方法选自以下方法中的任意一种:
(1)反复铸造→轧制;
(2)反复铸造→叠轧;
(3)反复铸造→挤压。
优选地,所述反复铸造包括将冶炼Zn-C系锌合金的原料以高纯单质(纯度大于99.9%)的形式在惰性气体保护下加热至650~750℃,精炼保温10~20分钟,然后浇入模具中,待熔体表层凝固形成坯壳后,立即放入水中淬火;然后将得到的铸锭按照上述参数再次熔炼、淬火,如此反复2~10次;
所述冶炼Zn-C系锌合金的原料中,C元素以颗粒的形式加入,颗粒直径为20~800nm。
现有技术的普通铸造不进行反复熔炼,在石墨模具中空冷至室温。通过上述反复铸造得到的本发明Zn-C系锌合金中,含C第二相细小(即尺寸小于100nm)且分布均匀,不发生团聚,强化效果和细化Zn晶粒的效果显著;Zn基体晶粒的尺寸小于10μm,显著低于传统铸造锌合金的晶粒尺寸(即一般大于200μm)。
优选地,
方法(1)、(2)或(3)中,均需要将反复铸造后得到的铸锭进行均匀化处理,优选处理条件为200~380℃保温4~20个小时;
方法(1)中,将均匀化处理后的铸锭轧制,轧制温度为室温~380℃,单道次轧制变形量为5%~60%;优选当轧制温度小于150℃时,每2~5个道次间进行1次中间退火,即150~380℃保温5~30分钟。
方法(2)中,如下步骤进行:第一道次轧制→轧板分切→表面打磨→叠合→再轧制的重复过程;中间退火也遵循上述轧制步骤中的参数;优选轧制的总次数为5~15次;每次轧制时的条件相同,具体为轧制温度为室温~380℃,单道次轧制变形量为5%~60%;优选当轧制温度小于150℃时,每2~5个道次间进行1次中间退火,即在150~380℃保温5~30分钟。
方法(3)中,挤压处理时,挤压变形温度为150~300℃,挤压比为16~100,挤压速度为3~50mm/min。
本发明的第三方面是提供一种成分不连续的复合Zn-C系锌合金,所述成分不连续的复合Zn-C系锌合金包括N个不同成分的本发明第一方面中任一制备的Zn-C系锌合金;所述N为正整数且N≥2。
优选地,
按如下步骤进行反复铸造→叠轧;具体为:对N个不同成分的Zn-C系锌合金叠合组坯,然后进行第一道轧制变形→轧板分切→表面打磨→冷轧变形,之后重复表面打磨→叠合→轧制的过程;
所述第一道轧制变形的条件为轧制温度为室温~380℃,单道次轧制变形量为5%~60%;优选当轧制温度小于150℃时,每2~5个道次间进行1次中间退火,即在150~380℃保温5~30分钟;
冷轧变形为在室温下进行轧制,单道次轧制变形量为5%~60%。
本发明的第四方面是提供本发明的第一方面所提供所述的成分连续的Zn-C系锌合金或本发明的第二方面制备的成分不连续的复合Zn-C系锌合金在包装材料、交通设备、电力设备、建筑装饰、家用橱具、电子电器、溶桥塞、医疗器械、模具中的应用。
优选上述3种制备方法得到的产品特点如下:
(1)制备方法(1)适于制备锌合金板材,用于电子器材等包装材料以及建筑表面装饰板材等。
(2)制备方法(2)适于制备综合性能优异的锌合金板材,用于交通设备、电力、建筑装饰、家用橱具、包装容器和电子电器等领域。
(3)制备方法(3)适于制备锌合金棒材和型材,用于可溶桥塞、模具和医疗器械等领域。
本发明实施例提供的上述技术方案,至少具有如下有益效果:
本发明的Zn-C系锌合金丰富了锌合金的牌号;
(2)本发明可制备成分连续变化的Zn-C系锌合金,也可制备成分不连续变化的Zn-C系锌合金,其综合性能优异;
(3)本发明合金中Zn-C化合物细小弥散分布,不发生成团偏聚,强化效果和细化Zn晶粒的效果显著,且使得合金组织均匀,强度大幅提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例19中经过反复铸造的Zn-0.3C-0.3Ca合金的微观组织图;
图2为实施例19中普通铸造的Zn-0.3C-0.3Ca合金的微观组织图;
图3为实施例61~63中制备的合金结构示意图。
附图标记说明:
其中,①指第一组分的的Zn-C锌合金;②指第二组分的的Zn-C锌合金;③指第三组分的的Zn-C锌合金。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例1-10
本发明实施例1-10对应的锌合金的成分如表1所示,Zn-C二元锌合金的制备方法为:反复铸造→轧制,具体为:
反复铸造使用的原材料为高纯Zn和高纯C颗粒,其中纯Zn是直径为2~5mm的球体,C颗粒的直径为20~100nm。首先将纯Zn和C颗粒充分混合均匀,将原料加入真空感应熔炼炉的坩埚中,在氩气保护下加热至650℃,精炼保温15分钟,然后浇铸到尺寸为50×50×30mm的石墨模具中冷却,待熔体表层凝固形成坯壳后,立即放入水中淬火,然后按照上述方式反复熔炼5次。将最终得到的铸锭在300℃下均匀化处理3h后炉冷至室温,然后将其在250℃下热轧至15mm厚,再冷轧至0.1~2mm厚,总变形量为93~99%。
采用本发明实施例的反复铸造方法,制备的铸态Zn-C二元锌合金的晶粒尺寸<10μm,而采用相同制备方法制备的不加C元素的纯锌晶粒尺寸>200μm。由此可知,C元素的加入显著细化了锌晶粒。通过反复铸造使得C元素在基体中弥散均匀分布,而只经过传统一次铸造的同样成分的锌合金,C元素易发生偏聚,在基体中分布不均匀。
根据国标GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分,室温试验方法》,测得表1中实施例Zn-C二元合金的室温屈服强度为150~350MPa,抗拉强度为180~380MPa,伸长率为5~95%,硬度为55~140HV。作为对比,纯锌轧板的屈服强度为50MPa,抗拉强度为104MPa、伸长率为40%,硬度为35HV。可见,C的加入起到了强化作用。
根据国标GB/T 16886.5-2017《医疗器械生物学评价第5部分:体外细胞毒性试验》对发明实施例1中制备的所有锌合金进行了细胞毒性测试,发现它们对成纤维细胞(L-929和NIH3T3)、人脐静脉内皮细胞(HUVEC)和成骨细胞(MC3T3-E1)的细胞毒性为0~1级,无细胞毒性,溶血率<5%,生物相容性良好。
在37℃模拟体液中浸泡测得本发明实施例1制备的所有Zn-C二元合金在30~150天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。在3.5wt%的NaCl中浸泡测得本发明实施例的Zn-C二元合金在20~200天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。
表1
Figure BDA0003461155800000081
Figure BDA0003461155800000091
注:性能数据列性能依次为屈服强度(MPa)、抗拉强度(MPa)、延伸率(%)、硬度(HV)。
实施例11-25
本发明实施例11-25对应的锌合金的成分如表2所示,Zn-C系三元锌合金的制备方法为:反复铸造→挤压。
首先将高纯Zn和合金化元素加入真空感应熔炼炉的坩埚中,在在氩气保护下加热至750℃,精炼保温15分钟后,加入直径为20~50nm的C颗粒,磁搅拌5~10分钟后浇铸到直径80mm,高150mm的石墨模具中,空冷至室温。切取直径为40mm的铸锭,在350℃下均匀化处理3h后炉冷至室温,然后在230℃下挤压至10mm,挤压比为16:1。
本发明实施例11-25制备的铸态Zn-C系三元锌合金晶粒尺寸<15μm,而不加C元素的纯Zn的晶粒尺寸>200μm,C元素均匀弥散的分布在晶界上。图1为经过5次反复铸造的Zn-0.3C-0.3Ca合金的微观组织,C元素均匀弥散的分布在晶界上;而只经过传统一次铸造的Zn-0.3C-0.3Ca合金组织如图2所示,C元素发生了偏聚,分布不均匀。
采用与实施例1相同的实验方法,测得表2中实施例Zn-C系三元锌合金的室温屈服强度为180~385MPa,抗拉强度为220~425MPa,伸长率为5~85%,硬度为50~135HV。
细胞毒性测试测得合金对成纤维细胞(L-929和NIH3T3)、人脐静脉内皮细胞(HUVEC)和成骨细胞(MC3T3-E1)的细胞毒性为0~1级,无细胞毒性,溶血率<5%,且实施例14、实施例19、实施例21等促进了成骨细胞增殖,生物相容性良好。
在37℃模拟体液中浸泡测得本发明实施例的Zn-C二元合金在30~150天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。在3.5wt%的NaCl中浸泡测得本发明实施例的Zn-C系锌合金在20~200天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。实施例12、实施例15、实施例16、实施例17、实施例18、实施例19、实施例20其导电率相比于纯Zn和Zn-C二元合金均有较大的提升。
表2
Figure BDA0003461155800000101
Figure BDA0003461155800000111
注:性能数据列性能依次为屈服强度(MPa)、抗拉强度(MPa)、延伸率(%)、硬度(HV)。
实施例26-40
本发明实施例锌合金对应的成分如表3所示,Zn-C系四元锌合金的制备方法为:反复铸造→轧制。
本发明实施例使用的原材料为高纯Zn、高纯C颗粒及高纯合金化元素,纯Zn和合金化元素是直径为2~5mm的球体,C颗粒的直径为20~100nm。具体铸造和轧制工艺流程和参数与实施例1相同。
采用本发明实施例的反复铸造方法,制备的铸态Zn-C系四元锌合金的晶粒尺寸<10μm,而不加C元素的纯Zn的晶粒尺寸>200μm,且碳元素不发生偏聚,其它第二相分布均匀。
根据实施例1的测试方法,测得表3中实施例26-40对应的Zn-C系四元锌合金的室温屈服强度为178~390MPa,抗拉强度为200~430MPa,伸长率为5~75%,硬度为60~142HV。
细胞毒性测试证明合金对成纤维细胞(L-929和NIH3T3)、人脐静脉内皮细胞(HUVEC)和成骨细胞(MC3T3-E1)的细胞毒性为0~1级,无细胞毒性,溶血率<4%,生物相容性良好。在37℃模拟体液中浸泡测得本发明实施例26-40对应的的Zn-C二元合金在30~150天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。在3.5wt%的NaCl中浸泡测得本发明实施例26-40的Zn-C系锌合金在20~200天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。
表3
Figure BDA0003461155800000121
Figure BDA0003461155800000131
注:性能数据列性能依次为屈服强度(MPa)、抗拉强度(MPa)、延伸率(%)、硬度(HV)。
实施例41-50:
实施例41-50对应的锌合金成分如表4所示,Zn-C系五元锌合金的制备方法为:反复铸造→挤压。
本发明实施例使用的原材料为高纯Zn、高纯C粉及高纯合金化元素,纯Zn和合金化元素是直径为2~5mm的球体,C粉的直径为20~30nm。具体熔炼和挤压工艺与实施例2相同。
本发明实施例制备的铸态Zn-C系四元锌合金的晶粒尺寸<20μm,而不加C元素的纯Zn的晶粒尺寸>350μm,且碳元素不发生偏聚,其它第二相分布均匀。根据前面实施例所述的实验方法,测得本发明实施例41-50制备的Zn-C系五元锌合金的挤压棒材室温屈服强度为220~410MPa,抗拉强度为260~450MPa,伸长率为4~70%,硬度为65~156HV。在37℃模拟体液中浸泡测得本发明实施例的Zn-C二元合金在30~150天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。在3.5wt%的NaCl中浸泡测得本发明实施例的Zn-C系锌合金在20~200天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。
表4
实施例 成分 性能数据
41 Zn-0.3C-0.3Mn-0.1Mg-0.1Li 231、279、58、116
42 Zn-3C-0.6Mn-0.3Mg-0.1Cu 286、331、43、128
43 Zn-9C-0.9Mn-0.6Mg-0.1Ca 382、426、12、137
44 Zn-0.05C-0.1Mn-0.4Ag-0.05Mg 220、261、70、72
45 Zn-15C-0.8Mn-0.8Ag-0.8Ca 396、435、9、141
46 Zn-20C-3Mn-0.8Li-0.3Mg 409、448、5、156
47 Zn-25C-0.8Mn-0.4Li-0.1Ca 397、440、4、149
48 Zn-6C-1Ag-0.4Cu-0.3Ca 326、367、37、109
49 Zn-0.6C-2Ag-0.4Cu-3Mg 243、281、60、65
50 Zn-30C-0.8Ag-2Cu-1Mg 403、450、5、132
注:性能数据列性能依次为屈服强度(MPa)、抗拉强度(MPa)、延伸率(%)、硬度(HV)。
实施例51-60
实施例51-60对应的锌合金成分如表5所示,Zn-C系多元锌合金的制备方法为:反复铸造→叠轧。
反复铸造使用的原材料为高纯Zn和高纯C粉,其中纯Zn是直径为2~3mm的球体,C粉的直径为20~30nm。首先将纯Zn和C粉充分混合均匀,将原料加入真空感应熔炼炉的坩埚中,在氩气保护下加热至650℃,精炼保温15分钟,然后浇铸到尺寸为50×50×1mm的石墨模具中,待熔体表层凝固形成坯壳后,立即放入水中淬火,按照上述方式反复熔炼5次。将最终得到的铸锭在300℃下均匀化处理3h后炉冷至室温,然后将其在250℃下热轧至0.1mm厚。
接下来,通过叠轧的方式制备成分均一的锌合金板材:首先将上述同种成分0.1mm厚的轧板分成等长的两块,用砂纸打磨它们的表面直至呈现新鲜金属光泽,然后将它们叠合送入轧机进行冷轧,之后重复10次轧板分切→表面打磨→叠合→轧制的过程;第5次时,进行300℃保温15分钟的退火处理。通过所述叠轧后,本发明实施例合金的平均晶粒尺寸被细化至小于2μm,局部出现尺寸小于300nm的超细晶。室温屈服强度为290~450MPa,抗拉强度为310~480MPa,伸长率为10~55%。在37℃模拟体液中浸泡测得本发明实施例的Zn-C二元合金在30~150天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。在3.5wt%的NaCl中浸泡测得本发明实施例51-60的Zn-C系锌合金在20~200天内降解完成且腐蚀均匀,每两天测试离子释放量,发现Zn离子随着浸泡时间的延长,离子释放量逐渐提高。
表5
Figure BDA0003461155800000161
注:性能数据列性能依次为屈服强度(MPa)、抗拉强度(MPa)、延伸率(%)、硬度(HV)。
实施例61-63:成分不连续变化的Zn-C系锌合金板材的制备
首先从实施例25~60中选取一种成分的Zn-C系锌合金,然后在其余实施例中选取N(所述N为正整数且N≥1)个不同成分的Zn-C系锌合金,对它们的表面进行表面打磨,直至呈现新鲜金属光泽,然后叠合在一起形成叠合组坯。本发明实施例给出三种效果的实施例,但不仅仅只包括此三种效果。本发明实施例给出的组坯共包括三个部分,每部分代表一种Zn-C系锌合金,在表6和图3中以序号①、②、③表示,实施例61可实现外硬内韧,实施例62可实现外抗菌内促成骨,实施例63可实现外耐磨内高导电,从而应用于不同的方向。
将叠合组坯进行轧制变形,轧制温度为室温至350℃,轧制道次为1~10次,单道次轧制变形为10%~90%。然后,将得到的轧板沿长度方向分切为2个等长的轧板,进行第2次“表面打磨→叠合→轧制变形”。重复10~20次上述“表面打磨→叠合→轧制变形”过程,每2~5次,进行一次中间退火,即在150~350℃下保温5~30分钟。制备的成分不连续变化的锌合金板材晶粒尺寸小于1.5μm,局部出现尺寸小于300nm的超细晶,室温屈服强度为350~480MPa,抗拉强度为380~510MPa,伸长率为40~78%,硬度为78~172HV。
实施例61表面硬度为165HV,内部硬度80HV。将实施例62在37℃模拟体液中浸泡,每两天测试离子释放量,在浸泡的前期,Cu离子和Ag离子优先大量释放,后期Mg离子大量释放,将浸泡前期的合金进行抗菌性实验,其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率高达98%以上,将浸泡后期的合金进行细胞实验,发现其对成骨细胞(MC3T3-E1)的细胞毒性为0~1级,无细胞毒性,溶血率<4%,生物相容性良好,且显著促进了成骨细胞的增殖和分化。通过不同成分Zn-C系锌合金的选择性复合,实施例63的表面高硬度,其硬度高达172HV,电阻率为3.5~3.8Ω·m,远低于Zn的5.2Ω·m。
表6
实施例 叠合组坯结构
61 ①实施例51;②实施例18;③实施例1
62 ①实施例18;②实施例12;③实施例16
63 ①实施例59;②实施例10;③实施例40
以上所述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,在不脱离本发明所述原理的前提下,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 (11)

1.一种成分连续的Zn-C系锌合金,其特征在于,以所述Zn-C系锌合金的重量为100%计算,所述Zn-C系锌合金包括0.001~30wt%的C元素;
所述的成分连续的Zn-C系锌合金的制备方法,选自以下方法中的任意一种:
(1)反复铸造→轧制;
(2)反复铸造→叠轧;
(3)反复铸造→挤压;
所述反复铸造包括将冶炼Zn-C系锌合金的原料以高纯单质的形式在惰性气体保护下加热至650~750℃,精炼保温10~20分钟,然后浇入模具中,待熔体表层凝固形成坯壳后,立即放入水中淬火;然后将得到的铸锭按照上述参数再次熔炼、淬火,如此反复2~10次;
所述冶炼Zn-C系锌合金的原料中,C元素以颗粒的形式加入,颗粒直径为20~800nm。
2.根据权利要求1所述的成分连续的Zn-C系锌合金,其特征在于,
所述Zn-C系锌合金还包括以下元素中的至少1种:0.001~4wt%Mn、0.001~1.5wt%Li、0.001~5wt%Mg、0.001~3wt%Ca、0.001~5wt%Co、0.001~4wt%Fe、0.001~15wt%Ag、0.001~15wt%Al、0.001~20wt%Au、0.001~10wt%Cu、0.001~8wt%Zr、0.001~0.5wt%Cr、0.001~20wt%Ge、0.001~8wt%Nb、0.001~8wt%Ni、0.001~10wt%P、0.001~20wt%Pd、0.001~20wt%Pt和0.001~10wt%Sb、0.001~5wt%Sc、0.001~30wt%Se、0.001~40wt%Si、0.001~8wt%Sr、0.001~3wt%Ti、0.001~2wt%V、0.001~5wt%的稀土元素。
3.根据权利要求2所述的成分连续的Zn-C系锌合金,其特征在于,
所述稀土元素包括Ce、Dy、Er、Eu、Gd、La、Nd、Sm或Y。
4.根据权利要求1所述的成分连续的Zn-C系锌合金,其特征在于,
所述Zn-C系锌合金中,含C第二相晶粒的等效直径小于100nm;Zn基体晶粒的等效直径小于10μm,Zn-C合金的平均晶粒的等效直径小于3μm。
5.根据权利要求1所述的成分连续的Zn-C系锌合金,其特征在于,
所述Zn-C系锌合金的屈服强度为150~480MPa,抗拉强度为180~510MPa,延伸率为5~95%。
6.根据权利要求1所述的Zn-C系锌合金,其特征在于,
方法(1)、(2)或(3)中,均需要将反复铸造后得到的铸锭进行均匀化处理;
方法(1)中,将均匀化处理后的铸锭轧制,轧制温度为室温~380℃,单道次轧制变形量为5%~60%;
方法(2)中,如下步骤进行:第一道次轧制→轧板分切→表面打磨→叠合→再轧制的重复过程;每次轧制时的条件相同,具体为轧制温度为室温~380℃,单道次轧制变形量为5%~60%;
方法(3)中,挤压处理时,挤压变形温度为150~300℃,挤压比为16~100,挤压速度为3~50mm/min。
7.根据权利要求6所述的Zn-C系锌合金,其特征在于,
方法(1)、(2)或(3)中,均需要将反复铸造后得到的铸锭进行均匀化处理,处理条件为200~380℃保温4~20个小时;
方法(1)中,将均匀化处理后的铸锭轧制,当轧制温度小于150℃时,每2~5个道次间进行1次中间退火,即在150~380℃保温5~30分钟;
方法(2)中,如下步骤进行:第一道次轧制→轧板分切→表面打磨→叠合→再轧制的重复过程;轧制的总次数为5~15次;每次轧制时的条件相同,具体为轧制温度为室温~380℃,单道次轧制变形量为5%~60%;当轧制温度小于150℃时,每2~5个道次间进行1次中间退火,即在150~380℃保温5~30分钟。
8.一种成分不连续的复合Zn-C系锌合金,其特征在于,
所述成分不连续的复合Zn-C系锌合金包括N个不同成分的权利要求1-7中任一制备的Zn-C系锌合金;所述N为正整数且N≥2。
9.根据权利要求8所述的成分不连续的复合Zn-C系锌合金的制备方法,其特征在于,
按如下步骤进行反复铸造→叠轧;具体为:对N个不同成分的Zn-C系锌合金叠合组坯,然后进行第一道轧制变形→轧板分切→表面打磨→冷轧变形,之后重复表面打磨→叠合→轧制的过程;
所述第一道轧制变形的条件为轧制温度为室温~380℃,单道次轧制变形量为5%~60%;冷轧变形为在室温下进行轧制,单道次轧制变形量为5%~60%。
10.根据权利要求9所述的成分不连续的复合Zn-C系锌合金的制备方法,其特征在于,
所述第一道轧制变形的条件为轧制温度为室温~380℃,单道次轧制变形量为5%~60%;当轧制温度小于150℃时,每2~5个道次间进行1次中间退火,即在150~380℃保温5~30分钟。
11.根据权利要求1-7任一所述的成分连续的Zn-C系锌合金或权利要求8制备的成分不连续的复合Zn-C系锌合金在包装材料、交通设备、电力设备、建筑装饰、家用橱具、电子电器、溶桥塞、医疗器械、模具中的应用。
CN202210018437.2A 2022-01-07 2022-01-07 一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用 Active CN114480918B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210018437.2A CN114480918B (zh) 2022-01-07 2022-01-07 一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210018437.2A CN114480918B (zh) 2022-01-07 2022-01-07 一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114480918A CN114480918A (zh) 2022-05-13
CN114480918B true CN114480918B (zh) 2022-09-30

Family

ID=81509572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210018437.2A Active CN114480918B (zh) 2022-01-07 2022-01-07 一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114480918B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4555500B2 (ja) * 2000-04-11 2010-09-29 新日本製鐵株式会社 加工性に優れた溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板とその製造方法
EP2302084A1 (de) * 2009-06-29 2011-03-30 Grillo-Werke AG Zinklegierung mit verbesserten mechanisch-chemischen Eigenschaften
CN108533214B (zh) * 2018-04-10 2020-02-21 重庆地质矿产研究院 一种可降解合金及其作为单卡瓦式可溶桥塞的应用
CN108588484B (zh) * 2018-05-25 2020-06-19 北京科技大学 一种高强高塑可生物降解Zn-Mn-Mg系锌合金及其制备方法
CN112921213A (zh) * 2021-02-08 2021-06-08 威海海鑫新材料有限公司 一种无菌包装用超低针孔数铝箔坯料及其制备工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN114480918A (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peng et al. Plastic deformation and heat treatment of Mg-Li alloys: a review
Yamasaki et al. Corrosion behavior of rapidly solidified Mg–Zn–rare earth element alloys in NaCl solution
CN112522645B (zh) 一种高强度高韧CrCoNi中熵合金均质细晶薄板的制备方法
CN109128064B (zh) 一种可生物降解Zn-Na系锌合金及其制备方法
Lu et al. Review on long-period stacking-ordered structures in Mg-Zn-RE alloys
KR102210236B1 (ko) 마그네슘 합금재 및 이의 제조방법
Yu et al. Effect of tensile direction on mechanical properties and microstructural evolutions of rolled Mg-Al-Zn-Sn magnesium alloy sheets at room and elevated temperatures
Lu et al. Enhanced mechanical properties and rolling formability of fine-grained Mg–Gd–Zn–Zr alloy produced by equal-channel angular pressing
CN106399781B (zh) 一种高强度耐腐蚀稀土铝合金材料及制备方法
CN112322940B (zh) 一种高强韧耐腐蚀的富Ni多组分合金及其制备方法
WO2016161565A1 (en) Formable magnesium based wrought alloys
EP3556876A1 (en) Magnesium-lithium alloy, rolled material and shaped article
CN109182857B (zh) 一种高强韧变形镁合金及制备方法
CN112322957B (zh) 一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金及其制备方法
JP2024504210A (ja) 高エントロピーのオーステナイト系ステンレス鋼及びその製造方法
CN112210703B (zh) 一种高再结晶抗力和高强韧铝锂合金及其制备方法
JP6916882B2 (ja) マグネシウム合金板材およびその製造方法
CN110227892A (zh) 一种含稀土元素Nd和Ce的5系铝合金焊丝制备方法
CN110218917B (zh) 一种含稀土元素的合金铝棒及其制备工艺
CN109252079B (zh) 一种低成本高强镁合金及其制备方法
CN114480918B (zh) 一种Zn-C系锌合金及制备方法和应用
CN109732087B (zh) 一种粉末冶金Ti-Ta二元金属-金属基层状复合材料的制备方法
CN111172439A (zh) 一种细化晶粒镁合金及其制备方法
CN115323203B (zh) 高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料及制备工艺和应用
JP4756974B2 (ja) Ni3(Si,Ti)系箔及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant