【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医用可降解金属材料，具体涉及一种抗应变软化锌合金及其制备方法和应用。
技术介绍
1、传统的医用金属(钛、不锈钢和钽等)由于能够提供足够的机械支持，在临床实践中被广泛用作种植材料；但此类金属在人体内的永久存在会增加炎症和感染的风险，常需要在使用一定时间后进行切除，这样增大了治疗成本及感染风险。因此，能够促进组织愈合的新型可生物降解金属备受人们关注，新型可生物降解金属主要有三类：mg、zn和fe；其中zn的降解速率介于mg和fe之间，是一类具有较好开发前景的金属。但纯锌机械强度不足，无法较好的应用于心血管支架材料等种植材料。就心血管支架材料而言，现行的力学标准要求其屈服强度(ys)大于200mpa，极限抗拉强度(uts)大于300mpa，断裂延伸率(fe)大于20％；这就需要将纯锌进行合金改性处理。
2、合金元素和先进的热/冷机械变形技术的结合可显著提高生物降解锌合金的强度和延展性；但在低合金化和少合金元素的情况下，改善锌合金性能的过程中仍存在一个重大问题—“应变软化”。这种效应会使得锌合金局部化变形导致过早失效，在达到其最大应力后，工程应力-应变曲线上常伴有不均匀变形或颈缩，超过uts的持续变形导致进一步的应力减小，导致机械不稳定。应变软化限制了锌基合金的均匀延伸率，使得这一类锌基合金的均匀延伸率通常在5％左右。而对于支架等承受循环载荷的材料，变形的局部化是一个严重的威胁，往往会导致支架装置过早断裂，因此需以均匀延伸率作为评价指标，而不仅仅是断裂延伸率。
3、现有技术均是以牺牲强度为代价来
4、同时，针对生物医用材料，其生物安全性是第一位的，因此合金化的元素必须是人体必须的营养元素。目前锌基合金常添加mg、ca、li、fe、li及ag等金属元素以及y等稀土元素进行改性，其中y等稀土元素目前对人体的生物作用不明确，不宜长期存在于人体；添加ag元素虽然可以激活<c+a>位错和细化晶粒，有助于均匀延伸率的提升，但也存在着成本高、高含量致毒等问题，不适用于需植入人体的生物医用材料的制备。同时，相关研究表明，适当的热处理可减轻合金的力学不稳定性，在一定程度上可抑制应变软化，但热处理工艺对具有热处理加工窗口的合金体系才有作用，而mg、ca、fe、li等元素几乎不具有固溶度，不能够进行有效的热处理，并不适合锌基合金的抗应变软化改性。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的问题是：提供一种抗应变软化锌合金及其制备方法和应用，以解决现有的锌基合金应变软化的问题。
2、为解决其技术问题所采取的技术方案是，一种抗应变软化锌合金，抗应变软化锌合金以重量百分比计，包括以下组分：cu 1.5～2.5％，mn 0.5～1.2％，余量为zn。
3、本专利技术采用上述技术方案的有益效果为：本专利技术的抗应变软化锌合金具有初始位错密度很低的“双峰晶粒+多级相分布”的多尺度异质结构；锰元素及铜元素具有相对较高的固溶度，锌基合金中添加一定量的锰元素及铜元素，可对锌基合金进行有效的热处理；同时，富锰颗粒在晶界中可起钉扎作用，有效提高合金组织的热稳定性；本专利技术的抗应变软化锌合金可较好的抵抗锌基合金的显著特性－应变软化，具有高强韧、可降解的特点。
4、优选的，抗应变软化锌合金包括双峰晶粒及多级相分布结构。
5、优选的，双峰晶粒包括平均晶粒尺寸为2～5μm的细晶及平均晶粒尺寸为10～20μm的粗晶；抗应变软化锌合金中细晶体积占比为30～50％，粗晶体积占比为40～60％。
6、更优选的，多级相分布结构包括粒径为20～50nm的纳米级析出相、粒径为500～800nm的亚微米级粒径相及粒径为15～20μm的微米级粒径相。
7、本专利技术采用上述技术方案的有益效果为：多级相分布结构包括粒径为20～50nm的纳米级析出相、粒径为500～800nm的亚微米级粒径相及粒径为15～20μm的微米级粒径相；其中，亚微米级和微米级粒径相相对锌合金的动态再结晶起到动态促进和抑制作用，从而产生细小的动态再结晶晶粒，并且亚微米级第二相粒子在晶界处偏析钉扎晶界，可有效防止其晶粒的成长。在亚微米级和微米级第二相粒子周围的晶粒由于粒子诱导形核(psn)机制产生了细晶，而远离第二相粒子处晶粒异常长大以形成粗晶。双峰晶粒结构中，细小的晶粒包围粗晶，有助于几何必需位错(gnds)的有效累积。这种由完全再结晶组成的“双峰”晶粒组织与多级第二相粒子多尺度组合分布，极大地激发了异质界面处gnds的有效累积，产生强烈的异质变形诱导(hdi)强化和硬化，其背应力和第二相粒子及位错之间的交互作用进一步提高了锌合金的机械性能。这种双重异质结构有效克服了高锌合金应变软化的负面效应，即极大提升强度(ys>280mpa)的同时，有效提升了均匀延伸率(>14％)。除了hdi的强化硬化效果，本申请的抗应变软化锌合金的粗晶产生孪生的临界分切应力(crss)较低，在变形过程中诱发大量孪晶，从而有效的阻碍晶界滑移和错位运动，适应c轴协调变形，提升了锌合金的延展性、韧性以及抗拉强度和屈服强度。
8、更优选的，纳米级析出相与亚微米级粒径相为弥散状分布；微米级粒径相为层状分布。
9、本专利技术还提供了上述抗应变软化锌合金的制备方法，包括以下步骤：
10、(1)将纯锌、锌铜中间合金及纯锰混合，得原料混合物；
11、(2)将原料混合物于600～700℃条件下加热熔化，得合金熔体；
12、(3)将合金熔体均匀化处理，再淬火冷却，得预处理合金体；
13、(4)将预处理合金体保温处理，再进行热挤压处理；
14、(5)将步骤(4)所得合金体进行热处理，冷却后退火，即得。
15、本专利技术采用上述技术方案的有益效果为：本专利技术制备的抗应变软化锌合金仅需进行一次热挤压，在一定的温度、挤压比及挤压速度下，可获得部分再结晶组织以及大量弥散状分布的亚微米级颗粒；再经热处理，即可获得具有几乎完全再结晶的“双峰晶粒+多级相分布”的多尺度异质结构的抗应变软化锌合金。
16、优选的，步骤(3)中均匀化处理的温度为350～380℃，时间为5～10h。
17、优选的，步骤(4)中保温处理的温度为200～300℃，时间为20～40min；热挤压处理的挤压比为11～25:1，速率为0.5～2mm/s，温度为150～350℃。
18、优选的，步骤(5)中热处理的温度为250～360℃，时间为0.2～2h。
19、本专利技术还提供了上述抗应变软化锌合金在制备心血管支架材料中的应用。
20、本专利技术具有以下有益效果：
21、(1)本专利技术的抗应变软化锌合金在保证较好的屈服强度及抗拉强度下，还具有较好的断裂延伸率和均匀延伸率，有效克服了锌基合金存在的应变软化缺陷；可应用于心血本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗应变软化锌合金，其特征在于，所述抗应变软化锌合金以重量百分比计，包括以下组分：Cu 1.5～2.5％，Mn 0.5～1.2％，余量为Zn。
2.如权利要求1所述的抗应变软化锌合金，其特征在于，所述抗应变软化锌合金包括双峰晶粒及多级相分布结构。
3.如权利要求2所述的抗应变软化锌合金，其特征在于，所述双峰晶粒包括平均晶粒尺寸为2～5μm的细晶及平均晶粒尺寸为10～20μm的粗晶；所述抗应变软化锌合金中细晶体积占比为30～50％，粗晶体积占比为40～60％。
4.如权利要求2所述的抗应变软化锌合金，其特征在于，所述多级相分布结构包括粒径为20～50nm的纳米级析出相、粒径为500～800nm的亚微米级粒径相及粒径为15～20μm的微米级粒径相。
5.如权利要求4所述的抗应变软化锌合金，其特征在于，所述纳米级析出相与亚微米级粒径相为弥散状分布；所述微米级粒径相为层状分布。
6.权利要求1～5任一项所述的抗应变软化锌合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的抗应变软化锌合金的制备方法
8.如权利要求6所述的抗应变软化锌合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中保温处理的温度为200～300℃，时间为20～40min；所述热挤压处理的挤压比为11～25:1，速率为0.5～2mm/s，温度为150～350℃。
9.如权利要求6所述的抗应变软化锌合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中热处理的温度为250～360℃，时间为0.2～2h。
10.权利要求1～5任一项所述的抗应变软化锌合金在制备心血管支架材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种抗应变软化锌合金，其特征在于，所述抗应变软化锌合金以重量百分比计，包括以下组分：cu 1.5～2.5％，mn 0.5～1.2％，余量为zn。
2.如权利要求1所述的抗应变软化锌合金，其特征在于，所述抗应变软化锌合金包括双峰晶粒及多级相分布结构。
3.如权利要求2所述的抗应变软化锌合金，其特征在于，所述双峰晶粒包括平均晶粒尺寸为2～5μm的细晶及平均晶粒尺寸为10～20μm的粗晶；所述抗应变软化锌合金中细晶体积占比为30～50％，粗晶体积占比为40～60％。
4.如权利要求2所述的抗应变软化锌合金，其特征在于，所述多级相分布结构包括粒径为20～50nm的纳米级析出相、粒径为500～800nm的亚微米级粒径相及粒径为15～20μm的微米级粒径相。
5.如权利要求4所述的抗应变软化锌合金，其特征在于，所述纳米级析出相与...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁雨田，李瑞民，张鸿飞，王雪，高钰璧，许佳玉，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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