CN115927913B - 含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金 - Google Patents
含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115927913B CN115927913B CN202211636976.9A CN202211636976A CN115927913B CN 115927913 B CN115927913 B CN 115927913B CN 202211636976 A CN202211636976 A CN 202211636976A CN 115927913 B CN115927913 B CN 115927913B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- quartz tube
- zinc
- magnesium
- parts
- pure
- 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
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 229910019086 Mg-Cu Inorganic materials 0.000 title 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 46
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- GCOWTRMQPXDRQQ-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Cu].[Zn] Chemical compound [Mg].[Cu].[Zn] GCOWTRMQPXDRQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 16
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 14
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000012620 biological material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 235000004035 Cryptotaenia japonica Nutrition 0.000 description 1
- 229910017706 MgZn Inorganic materials 0.000 description 1
- 102000007641 Trefoil Factors Human genes 0.000 description 1
- 235000015724 Trifolium pratense Nutrition 0.000 description 1
- 229910009369 Zn Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007573 Zn-Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开一种含Mg2Zn11‑Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金,包括以下制备步骤:S1、按质量份计,称取3份纯镁颗粒、95‑96.5份纯锌颗粒和0.5‑2份纯铜薄片,置于耐高温石英管中,抽真空,然后充入氩气,封闭石英管;S2、将石英管放入电阻炉中加热至600‑700℃,保温20‑40min;S3、取出石英管进行振动,使石英管内原料充分熔化,然后将石英管迅速放回电阻炉内继续保温20‑40min;S4、将石英管从电阻炉中取出后在空气中缓慢冷却,待合金试样彻底凝固后得到锌镁铜合金。本发明确定了Cu元素对耐腐蚀性的影响规律,获得了性能良好的可降解Zn‑3Mg‑xCu合金,开拓了生物材料的选择范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金,属于锌基金属材料微观组织研究领域。
背景技术
近年来,可降解金属材料因其强度高、耐蚀性好和降解率高等优势,成为生物材料研究领域的前沿课题。根据可降解生物金属材料对降解能力和生物相容性的要求,可以分为三类:镁基、铁基和锌基合金。目前的研究大多集中于镁基和铁基合金,对锌基合金的研究较少。而镁基合金和铁基合金分别具有腐蚀速率过快和腐蚀速率过慢的不足,导致这些合金材料在植入人体后半年内就失去其功能或两年后依然无法降解。因此,研究一种新的可降解生物金属材料是至关重要的。
锌基合金由于具有适宜的降解速率且是人体的必需元素,具有良好的生物相容性,因此有望成为新一代的可降解生物金属材料的研究对象。为了获得力学性能、耐腐蚀性和生物相容性均优良的锌合金材料,通常需要加入合金化元素,如Al、Mg、Cu和Ti等,其中锌镁铜合金因具有优良的机械性能、腐蚀性能和细胞相容性,成为一种潜在的可降解生物金属材料。前期研究表明,微量镁元素(0.1、0.5和1.0wt%)的添加可以使Zn-3Cu合金的屈服强度从213.7MPa增加到426.7MPa,抗拉强度从257MPa增加到440.5MPa,增加幅度达到99.7%。同时,使合金的降解率从11.4um/年增加到43.2um/年。这种显著的性能提升是由于Mg元素的添加使得合金在制备过程中形成了Mg2Zn11析出相,该相具有比MgZn2更好的耐腐蚀性。但是,Cu元素对Zn-Mg合金组织和性能的影响规律并不清楚。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明基于(97-x)Zn-3Mg-xCu合金体系,通过改变Cu元素的质量百分数和合理控制冷却速率,提出了一种含Mg2Zn11-Zn三叶共晶组织的锌镁铜合金及制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用的一种含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金的制备方法,包括以下步骤:
S1、按质量份计,称取3份纯镁颗粒、95-96.5份纯锌颗粒和0.5-2份纯铜薄片,置于耐高温石英管中,抽真空,然后充入氩气,封闭石英管;
S2、将石英管放入电阻炉中加热至600-700℃,保温20-40min;
S3、取出石英管进行振动,使石英管内原料充分熔化,然后将石英管迅速放回电阻炉内继续保温20-40min;
S4、将石英管从电阻炉中取出后在空气中缓慢冷却,待合金试样彻底凝固后得到锌镁铜合金。
作为改进的,所述步骤S1中,采用3份纯镁颗粒、96.5份纯锌颗粒和0.5份的纯铜薄片,置于直径为7mm,高度为70mm的耐高温石英管中。
作为改进的,抽真空至3.5×10-2MPa,然后充入纯度为99.99%的氩气保护气。
另外,本发明还提供了一种含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金,采用所述的制备方法制得。
最后,本发明提供了一种所述含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金,在耐腐蚀金属基生物材料中的应用。
本发明的原理是:Zn-3Mg-xCu合金的凝固组织主要是由Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织组成。在腐蚀过程中,Mg2Zn11相表面首先形成新的腐蚀产物,特别是致密的Zn5(OH)8Cl2·H2O产物。这种产物能够延缓ZnO氧化物的形成,进而有效地阻碍合金表面直接暴露在腐蚀环境中,保护合金,防止其直接腐蚀。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明通过对不同成分的合金进行冷速控制,确定Cu元素含量对Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织形成的影响规律。
(2)本发明通过对形成的Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织进行微观组织分析,确定其形貌特征,为其它体系获得类似复杂组织结构提供技术支撑。
(3)本发明通过对不同合金的耐腐蚀性进行分析,确定了Cu元素对耐腐蚀性的影响规律,获得了性能良好的可降解Zn-3Mg-xCu合金,开拓了生物材料的选择范围。
附图说明
图1为本发明实施例1制得Zn-3Mg-0.5Cu合金的扫描电镜微观组织图;
图2为本发明实施例2制得Zn-3Mg-1Cu合金的扫描电镜微观组织图;
图3为本发明实施例3制得Zn-3Mg-2Cu合金的扫描电镜微观组织图;
图4为本发明制得的三种Zn-3Mg-xCu合金的电化学腐蚀-极化曲线结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同,本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
实施例1
一种含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金的制备方法,包括以下步骤:
S1、按质量份计,称取3份纯镁颗粒、96.5份纯锌颗粒和0.5份纯铜薄片,置于直径为7mm,高度为70mm的耐高温石英管中,抽真空至3.5×10-2MPa,然后充入纯度为99.99%的氩气保护气,封闭石英管;
S2、将石英管竖直放入敞口的陶瓷器皿中,将其一起放入电阻炉中加热至650℃,保温30min;
S3、取出石英管进行振动,使石英管内原料充分熔化,然后将石英管迅速放回电阻炉内继续保温30min;
S4、将石英管和陶瓷器皿一起从炉中取出来在空气中缓慢冷却,待合金试样彻底凝固后得到Zn-3Mg-0.5Cu合金。
图1为Zn-3Mg-0.5Cu合金的扫描电镜微观组织结构图。图中三叶形组织为Mg2Zn11+η-Zn,其中衬度较深的相为Mg2Zn11相,衬度较亮的相为η-Zn相。
实施例2
一种含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金的制备方法,包括以下步骤:
S1、按质量份计,称取3份纯镁颗粒、96份纯锌颗粒和1份纯铜薄片,置于直径为7mm,高度为70mm的耐高温石英管中,抽真空至3.5×10-2MPa,然后充入纯度为99.99%的氩气保护气,封闭石英管;
S2、将石英管竖直放入敞口的陶瓷器皿中,将其一起放入电阻炉中加热至650℃,保温30min;
S3、取出石英管进行振动,使石英管内原料充分熔化,然后将石英管迅速放回电阻炉内继续保温30min;
S4、将石英管和陶瓷器皿一起从炉中取出来在空气中缓慢冷却,待合金试样彻底凝固后得到Zn-3Mg-1Cu合金。
图2为实施例2制得的Zn-3Mg-1Cu合金的扫描电镜微观组织结构图。
实施例3
一种含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金的制备方法,包括以下步骤:
S1、按质量份计,称取3份纯镁颗粒、95份纯锌颗粒和2份纯铜薄片,置于直径为7mm,高度为70mm的耐高温石英管中,抽真空至3.5×10-2MPa,然后充入纯度为99.99%的氩气保护气,封闭石英管;
S2、将石英管竖直放入敞口的陶瓷器皿中,将其一起放入电阻炉中加热至650℃,保温30min;
S3、取出石英管进行振动,使石英管内原料充分熔化,然后将石英管迅速放回电阻炉内继续保温30min;
S4、将石英管和陶瓷器皿一起从炉中取出来在空气中缓慢冷却,待合金试样彻底凝固后得到Zn-3Mg-2Cu合金。
图3为实施例3制得的Zn-3Mg-2Cu合金的扫描电镜微观组织结构图。
分别将实施例1-3制得的锌镁铜合金切成1×1cm2的方块,然后置于3.5wt.%NaCl溶液中进行电化学腐蚀试验,获得极化曲线。本发明实施例1-3制得锌镁铜合金的耐腐蚀性能结果如图4所示。
本发明制得的锌镁铜合金耐腐蚀且可降解,可以作为金属生物材料应用于骨科支架或者植入物;或者,作为镀层材料作用于铁基或铜基结构材料表面,能有效避免材料的腐蚀。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、按质量份计,称取3份纯镁颗粒、96.5份纯锌颗粒和0.5份的纯铜薄片,置于直径为7mm,高度为70mm的耐高温石英管中,抽真空至3.5×10-2MPa,然后充入纯度为99.99%的氩气保护气,封闭石英管;
S2、将石英管放入电阻炉中加热至600-700℃,保温20-40min;
S3、取出石英管进行振动,使石英管内原料充分熔化,然后将石英管迅速放回电阻炉内继续保温20-40min;
S4、将石英管从电阻炉中取出后在空气中缓慢冷却,待合金试样彻底凝固后得到锌镁铜合金。
2.一种含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金,其特征在于,采用权利要求1所述的制备方法制得。
3.一种权利要求2所述含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金在耐腐蚀金属基生物材料中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211636976.9A CN115927913B (zh) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | 含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211636976.9A CN115927913B (zh) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | 含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115927913A CN115927913A (zh) | 2023-04-07 |
CN115927913B true CN115927913B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=86552031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211636976.9A Active CN115927913B (zh) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | 含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115927913B (zh) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE739344A (zh) * | 1968-09-24 | 1970-03-02 | ||
CN106702212A (zh) * | 2015-11-16 | 2017-05-24 | 上海交通大学 | 医用可降解Zn-Cu-X合金材料及其制备方法 |
CN111187943A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-05-22 | 西安爱德万思医疗科技有限公司 | 一种生物医用Zn-Cu-Mg系合金及其制备方法 |
CN112593173A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-02 | 常州大学 | 一种能够避免硅反应的含硅钢材热浸镀方法 |
CN113183561A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-30 | 河海大学 | 一种具有层状超细晶结构的高强韧可降解锌合金及其制备方法和应用 |
CN114438371A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-05-06 | 中南大学 | 一种高性能生物可降解Zn-Cu-Ti-xFe合金及应用 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9109269B2 (en) * | 2011-08-30 | 2015-08-18 | Baker Hughes Incorporated | Magnesium alloy powder metal compact |
-
2022
- 2022-12-16 CN CN202211636976.9A patent/CN115927913B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE739344A (zh) * | 1968-09-24 | 1970-03-02 | ||
CN106702212A (zh) * | 2015-11-16 | 2017-05-24 | 上海交通大学 | 医用可降解Zn-Cu-X合金材料及其制备方法 |
CN111187943A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-05-22 | 西安爱德万思医疗科技有限公司 | 一种生物医用Zn-Cu-Mg系合金及其制备方法 |
CN112593173A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-02 | 常州大学 | 一种能够避免硅反应的含硅钢材热浸镀方法 |
CN113183561A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-30 | 河海大学 | 一种具有层状超细晶结构的高强韧可降解锌合金及其制备方法和应用 |
CN114438371A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-05-06 | 中南大学 | 一种高性能生物可降解Zn-Cu-Ti-xFe合金及应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Design and characterizations of novel biodegradable Zn-Cu-Mg alloys for potential biodegradable implants;Zibo Tang et. al;Materials and Design;84-94 * |
微量Cu对生物Zn-Mg合金组织和生物降解行为的影响;张帅杰 等;特种铸造及有色合金;第40卷(第5期);573-576 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115927913A (zh) | 2023-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9085815B2 (en) | Magnesium alloy for room temperature and manufacturing method thereof | |
CN105220042A (zh) | 一种镁合金及其制备方法和应用 | |
CN105525172A (zh) | 一种镁合金及其制备方法和应用 | |
EP2565289A1 (en) | An amorphous alloy die casting and the thermal treatment process thereof | |
WO2016015588A1 (zh) | 一种合金及其制备方法 | |
CN110578070B (zh) | 一种自生非金属氧化物复合膜提高铜抗氧化能力的方法 | |
CN107227421B (zh) | 镁锂合金及其制备方法 | |
CN108977693B (zh) | 一种再结晶高强钛合金及其制备方法 | |
CN105543604B (zh) | 一种镁合金及其制备方法和应用 | |
CN110819863B (zh) | 一种低稀土高导热镁合金及其制备方法 | |
CN109097623A (zh) | 一种耐腐蚀钛合金及其制备方法 | |
CN104928549A (zh) | 一种高强度高弹性模量的铸造镁稀土合金及其制备方法 | |
CN115927913B (zh) | 含Mg2Zn11-Zn三叶形共晶组织的锌镁铜合金 | |
EP0406311B1 (en) | Ingot cast magnesium alloys with improved corrosion resistance | |
CN104294131A (zh) | 可时效硬化的Mg-Zn-Cr-Bi-Zr合金及其制备方法 | |
CN108034874B (zh) | 一种含钼铼稀土镁合金及其制备方法 | |
CN101407880A (zh) | 一种Mg-Zn-Zr-Nd镁合金及其制备方法 | |
CN110343924A (zh) | 一种高导电率Mg-Zn-Sn-Sc-xCa镁合金及其制备方法 | |
CN110541098A (zh) | 一种耐腐蚀生物镁铟合金及其制备方法和应用 | |
CN108913946A (zh) | 一种耐腐蚀钛合金及其制备方法 | |
CN111020325A (zh) | 一种耐腐蚀镁锂合金 | |
CN110144505B (zh) | 一种可降解生物医用锻造态镁合金及其制备方法 | |
CN115491558A (zh) | 一种压铸镁合金及其制备方法和应用 | |
Chen et al. | Comparative study of the microstructure evolution and mechanical properties of Zn-0.1 Mg-0.02 Ca alloy under cold rolling and ECAP | |
CN108193085A (zh) | 一种高导电率锌基合金及其制备方法 |
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 |