本发明专利技术实施例提供了一种环境可降解耐热高强锌合金及其制备方法和应用，属于锌合金技术领域。锌合金中含有0.001～30％Ir，还可以进一步添加其他合金元素。本发明专利技术的锌合金可通过铸造和形变热处理步骤制备，也可通过3D打印和热处理步骤制备。本发明专利技术的锌合金含有熔点高、硬度大、热稳定性好的细小弥散第二相，能够有效抑制锌基体的再结晶和晶粒长大，克服纯锌易高温软化的缺点；同时这些第二相能够显著提高锌合金的高温强度、耐热性和抗蠕变性能。本发明专利技术制备的锌合金具有优异的耐热性能、高温强度和可调节的降解速率，能够应用于石油钻采井下工具、热浸镀锌材、电镀锌材、建筑锌材、压铸件、电池用锌材、印刷用锌材、锌基合金钎料、医疗植入器件等。入器件等。入器件等。
【技术实现步骤摘要】
一种环境可降解耐热高强锌合金及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于锌合金
，涉及一种环境可降解耐热高强锌合金及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]锌的化学性质活泼，能够在环境中降解。传统应用中，锌常作为牺牲阳极材料对基体金属起到防腐蚀保护作用。与传统可降解金属铁和镁相比，锌具有适中的腐蚀速率，近年来作为医用金属，受到关注。但是锌的熔点为419.5℃，动态再结晶起始温度约为15℃，室温下就可以发生再结晶，导致纯锌及大多数锌合金存在组织热稳定性差、抗蠕变能力低等问题，限制了它们的应用。
[0003]专利文献1(CN111621793A)公开了一种耐高温锌合金牺牲阳极，其合金成分的质量百分比为Al：0.5％～1.2％，In：0.2％
‑
0.25％，Mg：0.5％～1.2％，Ni：0.05％～0.2％,Zr：0.05％～0.08％，Si：0.8％～1.2％，余量为Zn。
[0004]专利文献2(CN108118189A)公开了一种适合热室压铸用的耐高温Ba
‑
Os
‑
Si锌合金，其合金成分的质量百分比为Ba：0.8％～1.4％，Os：0.4％
‑
0.8％，Si：5.0％～6.8％，Sc：0.4％～0.9％，Ni：0.8％～1.2％，Pm：0.5％～0.8％，余量为Zn。所述锌合金在200℃的抗拉强度为240
‑
320MPa。
[0005]专利文献3(CN108179320A)公开了一种适合冷室压铸用的耐高温Ba
‑
Re
‑
Te锌合金，其合金成分的质量百分比为Ba：0.4％～1.2％，Re：0.4％
‑
0.8％，Te：0.6％～0.8％，Ge：2.0％～4.0％，V：0.5％～0.8％，Pr：0.2％～0.4％，余量为Zn。所述锌合金在200℃的抗拉强度为220
‑
300MPa。
[0006]专利文献4(CN107916351A)公开了一种含Li
‑
Re
‑
Sc耐高温高导热锌锂合金，其合金成分的质量百分比为Li：0.4％～1.6％，Re：0.2％
‑
0.8％，Sr：0.5％～1.2％，Al：1.0％～2.0％，V：0.2％～0.4％，Sc：0.2％～0.6％，Th：0.1％～0.2％，Nd：0.3％～0.5％，B：0.2％～0.3％，余量为Zn。所述锌合金的室温抗拉强度为500
‑
650MPa，在150℃下能维持在350MPa左右。
[0007]上述专利均未公开设计的耐高温锌合金再结晶温度及组织稳定性情况。
[0008]铱(Ir)是熔点为2450℃的面心立方结构金属，因其高熔点、高硬度、耐高温等性质，铱制品的使用温度可达2100～2200℃，常用作飞机引擎中一些长期使用部件、高温坩埚等。铱也被用于笔尖、注射针头、天平刀刃、罗盘支架、电触头等。铱对生物体无害，且不与生物组织发生反应。
[0009]目前国内外还没有文献和专利报道高温环境应用的Zn
‑
Ir系锌合金及其制备方法。
技术实现思路
[0010]本专利技术解决的技术问题是现有锌合金的耐热性和高温强度较差，无法更好的满足
使用要求。本专利技术提供一种环境可降解耐热高强锌合金及其制备方法和应用，所述锌合金具有优异的耐热性能和高温强度，能够在温度高于120℃的环境中服役。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0012]本专利技术的第一方面是提供一种环境可降解耐热高强锌合金，
[0013]所述锌合金包括锌和铱；以所述锌合金的总重量为100％计，所述铱的含量为0.001～30wt％，优选为铱的含量为0.01～10wt％。
[0014]优选地，
[0015]所述锌合金还包括A组元素、B组元素或C组元素中的至少一种；
[0016]所述A组元素的熔点T
m
>1000℃，优选包括W、Re、Os、Ta、Mo、Nb、Ru、Hf、B、Rh、V、Cr、Zr、Pt、Ti、Lu、Pd、Tm、Sc、Fe、Er、Y、Co、Ho、Ni、Si、Dy、Tb、Gd、Mn、Sm、Cu、Au、Pm、Nd中的至少一种；
[0017]所述B组元素的熔点600℃≤T
m
≤1000℃，优选包括Ag、Ge、Pr、La、Yb、Ca、Ce、Sr、Ba、Al、Mg中的至少一种；
[0018]所述C组元素包括Li。
[0019]在本专利技术中，上述T
m
≥600℃的高熔点合金元素能够偏聚在晶界、相界、孪晶界、位错等缺陷处，或形成高熔点、高硬度的热稳第二相，与位错及界面发生交互作用，阻碍位错运动和界面迁移，抑制高温下的组织粗化和软化，显著提高锌合金的耐热性和高温强度；高活性元素Li能优先被氧化形成致密富Li氧化膜，保护Zn基体，降低Zn的氧化速率，提高其高温性能。
[0020]优选地，
[0021]以所述锌合金的总重量为100％计，
[0022]所述A组元素的含量为0.001～4wt％，优选为0.01～2wt％；
[0023]所述B组元素的含量0.001～6wt％，优选为0.1～4wt％；
[0024]所述C组元素的含量为0.01～1wt％，优选为0.1～0.8wt％。
[0025]本专利技术的锌合金的再结晶温度≥100℃，显著高于纯锌的再结晶温度(即为15℃)；Zn晶粒尺寸≤30μm，第二相颗粒尺寸≤15μm；在50～250℃的空气气氛下保温50h～360h，组织粗化程度低，Zn晶粒尺寸≤40μm，第二相颗粒尺寸≤20μm。
[0026]本专利技术锌合金的室温拉伸性能为：屈服强度180MPa～450MPa，抗拉强度260MPa～650MPa，伸长率5％～55％；
[0027]室温压缩性能为：屈服强度300MPa～580MPa，变形量为50％时的应力为700MPa～900MPa，抗压强度大于700MPa；在50～250℃保温50～240h后的硬度值为60～282HV；
[0028]在50～250℃的高温拉伸性能为：屈服强度130MPa～230MPa，抗拉强度200MPa～410MPa，伸长率25％～165％；
[0029]在50～250℃的高温压缩性能为：屈服强度100MPa～380MPa，变形量为50％时的应力为230MPa～590MPa，抗压强度大于230MPa；
[0030]在50～180℃、30～130MPa条件下的蠕变速率为9
×
10
‑9～1
×
10
‑7s
‑1。
[0031]本专利技术锌合金在37℃的模拟体液(SBF)、Hank
’
s、磷酸盐缓冲液、生理盐水等溶液中的降解速率为0.01～2mm/y；在20～2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种环境可降解耐热高强锌合金，其特征在于，所述锌合金包括锌和铱；以所述锌合金的总重量为100％计，所述铱的含量为0.001～30wt％，优选为铱的含量为0.01～10wt％。2.根据权利要求1所述的环境可降解耐热高强锌合金，其特征在于，所述锌合金还包括A组元素、B组元素或C组元素中的至少一种；所述A组元素的熔点T
m
>1000℃，优选包括W、Re、Os、Ta、Mo、Nb、Ru、Hf、B、Rh、V、Cr、Zr、Pt、Ti、Lu、Pd、Tm、Sc、Fe、Er、Y、Co、Ho、Ni、Si、Dy、Tb、Gd、Mn、Sm、Cu、Au、Pm、Nd中的至少一种；所述B组元素的熔点600℃≤T
m
≤1000℃，优选包括Ag、Ge、Pr、La、Yb、Ca、Ce、Sr、Ba、Al、Mg中的至少一种；所述C组元素包括Li。3.根据权利要求2所述的环境可降解耐热高强锌合金，其特征在于，以所述锌合金的总重量为100％计，所述A组元素的含量为0.001～4wt％，优选为0.01～2wt％；所述B组元素的含量0.001～6wt％，优选为0.1～4wt％；所述C组元素的含量为0.01～1wt％，优选为0.1～0.8wt％。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的环境可降解耐热高强锌合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法分为2种；第一种制备方法包括铸造和形变热处理步骤；第二种制备方法包括3D打印和热处理步骤。5.根据权利要求4所述的环境可降解耐热高强锌合金的制备方法，其特征在于，所述铸造过程是以锌合金中各元素对应的纯度大于99.9％的高纯金属为原材料，在真空或惰性气体保护下，熔炼2～8次得到锌合金铸锭；优选的，锌合金的添加元素按照熔点由低到高的顺序，把添加元素加入到锌熔体中；熔炼条件为：在500～800℃保温2～30min；所述形变热处理选自均匀化热处理、固溶热处理、预时效热处理、时效热处理、双级时效热处理中的至少一种和塑性变形组合的处理方式。6.根据权利要求5所述的环境可降解耐热高强锌合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼过程还施加电磁搅拌，优选所述电磁搅拌的频率为1000～5000HZ；所述熔炼过程还加入熔体覆盖剂；优选所述熔体覆盖剂选自KCl、NaCl、MgCl2、LiCl、松香、硼砂中的至少一种；所述形变热处理方式包括三种方式，分别为：(1)先进行均匀化热处理，然后进行塑性变形；(2)先进行固溶热处理，然后进行塑性变形；(3)先进行固溶热...
【专利技术属性】
技术研发人员：石章智，李猛，王鲁宁，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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