【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料及其加工，具体涉及一种低合金化mg-zn-ca镁合金及其制备方法与应用。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、镁合金因生物相容性良好、比能量密度高，在植入医疗器械、金属空气电池等领域具有较好的应用前景。镁合金室温条件下只有三个滑移系，无法通过协调变形获得高延伸率和良好的塑性成形性，在制备相关领域的高塑性板棒材时受到制约。目前提高镁合金塑性有两个主要途径：稀土合金化和低合金化，前者材料成本较高，因而低合金化成为时下研究的热点。
3、此外，镁合金在含氯离子的水溶液中容易发生自腐蚀，同时析出大量氢气。这延缓了镁合金在植入医疗器械和电池领域的应用步伐。如何制备出高延伸率且耐腐蚀的镁合金材料是目前急需解决的问题。
技术实现思路
1、针对上述存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种低合金化mg-zn-ca镁合金及其制备方法与应用。本专利技术在镁合金中添加少量zn和ca元素，利用ca元素较低腐蚀电位和zn元素的高耐蚀性，通过低合金化抑制材料镁合金第二相生成，避免了镁合金基体和第二相之间的电偶腐蚀，由此得到耐蚀性良好的低合金化镁合金。
2、具体的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术的第一方面，提供一种低合金化mg-zn-ca镁合金，所述镁合金由以下质量百分数的元素组成：zn 0.2％
4、优选的，所述镁合金由以下质量百分数的元素组成：zn 0.24～0.40％、ca0.22～0.28％、fe<0.002％、cu<0.0005％、ni<0.0005％、si<0.002％，余量为mg。
5、优选的，所述镁合金由以下质量百分数的元素组成：zn 0.32％、ca 0.25％、fe<0.002％、cu<0.0005％、ni<0.0005％、si<0.002％，余量为mg。
6、本专利技术的第二方面，提供一种低合金化mg-zn-ca镁合金的制备方法，包括以下步骤：
7、s1、混合各种原料，然后在保护气下依次进行熔炼、精炼，得到熔体；
8、s2、将熔体进行浇铸得到铸锭，后进行热处理，得到坯料；
9、s3、挤压坯料得到成形件，经冷却后，即得镁合金。
10、优选的，步骤s1中，所述原料为高纯mg、高纯ca和高纯zn；其中，金属mg和zn的纯度均大于99.98％、金属ca纯度大于99.9％。
11、优选的，步骤s1中，所述保护气为co2和sf6的混合气，co2和sf6的混合比例为100～200:1；进一步优选的，所述保护气中co2和sf6的混合比例为100:1。
12、优选的，步骤s1中，所述熔炼的温度为720～760℃，熔炼的时间为40～60min。
13、优选的，步骤s1中，所述精炼的时间为5～20min。
14、优选的，步骤s1中，所述精炼后进行保温静置；进一步优选的，所述静置时间为20～40min。
15、优选的，步骤s1中，所述精炼的过程中，对熔体进行搅拌，搅拌的时间为5～20min。
16、优选的，步骤s2中，所述浇铸的温度为680～700℃。
17、优选的，步骤s2中，所述热处理的温度为350～440℃，保温1～64h。
18、优选的，步骤s3中，所述挤压坯料得到成形件的工艺具体为：采用卧式挤压机，以0.05～0.5mm/s的速度挤压成形；进一步优选的，所述挤压的温度为250～350℃；所述挤压比为10～80。
19、本专利技术的第三方面，提供第一方面所述低合金化mg-zn-ca镁合金在植入医疗器械、金属空气电池等领域的应用中的应用。
20、本专利技术的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果：
21、(1)本专利技术在镁合金中添加少量zn和ca元素，制备低合金化镁合金。由于zn和ca添加量均低于其在镁合金中固溶度，因此可以得到单相镁合金组织。利用固溶处理、慢速挤压等方式得到均匀细小的再结晶组织；较低的挤压温度使得晶粒内部形成较多的空位、位错和层错等缺陷，进而促进了ca和zn元素在晶界的偏聚；晶粒细化和偏聚提高了材料的强度——拉伸屈服强度≥170mpa、抗拉强度≥230mpa。
22、(2)本专利技术制备的镁合金中加入的ca元素可以弱化变形镁合金基面织构，提高材料的塑性；加入的zn元素可以一定程度降低基面、柱面、锥面滑移系的临界剪切应力(crss)的各向异性。由此，本专利技术制备的镁合金协调塑性变形、细小晶粒的晶界滑移以及组织中极少的第二相使得材料的塑性大幅提高——延伸率≥36％。
23、(3)本专利技术制备的镁合金中加入的ca比mg的电极电位稍低，不会导致镁合金的阳极腐蚀，且cao与mg的pilling-bedworth比为1.17，即ca形成的腐蚀产物可以抑制基体的氧化；zn在水中先形成zn(oh)2，进而逐渐转化为zn5cl2(oh)8，在弱碱性环境下(mg合金在nacl溶液中初期形成的腐蚀产物微mg(oh)2，微溶于水形成弱碱性环境)导致zn偏聚的晶界附近的钝化状态，抑制了镁合金常见的晶界腐蚀现象。因此，本专利技术材料耐蚀性大幅提高——在3.5％nacl水溶液中腐蚀速率低于0.25mm·y-1，优于高纯镁的0.3mm·y-1)。
24、(4)本专利技术通过调控合金中zn和ca元素含量和比例，形成少量的电极电位较低、熔点较高的ca2mg6zn3(熔点超过410℃)和mg2ca(熔点711℃)相，避免了低熔点、较高电极电位的mgzn相(熔点341℃)与镁基体的显著电偶腐蚀现象，得到耐蚀性良好的低合金化镁合金。研究表明，ca的添加量超过0.4wt％，可能形成连续网状相；若ca与zn的原子比低于2:3，材料内部可能形成mgzn相，二者都会恶化材料的热成形性、力学性能和耐蚀性(ca、mg和zn的标准氢电极电位分别为：
25、-2.87v、-2.34v和-0.762v)。
26、(5)本专利技术制备的镁合金可以采用常规设备、常规工艺制备(不需通过低于250℃的塑性成形工艺加工)，成本相对较低。众所周知，随着成形温度的降低，晶粒能够得到显著细化，甚至得到纳米晶，进而大幅提高相关性能。但镁合金在低于250℃的塑性加工过程中变形抗力大，对设备和模具的损耗高，成本高。
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1.一种低合金化Mg-Zn-Ca镁合金，其特征在于，所述镁合金由以下质量百分数的元素组成：Zn 0.2％～0.5％、Ca 0.2％～0.4％、不可避免杂质元素，余量为Mg。
2.如权利要求1所述的低合金化Mg-Zn-Ca镁合金，其特征在于，所述Ca与Zn的原子比高于2:3；所述不可避免杂质元素总的质量百分比不高于0.03％，其中：Fe<0.02％、Cu<0.002％、Ni<0.002％、Si<0.005％。
3.如权利要求1所述的低合金化Mg-Zn-Ca镁合金，其特征在于，所述镁合金由以下质量百分数的元素组成：Zn 0.24～0.40％、Ca 0.22～0.28％、Fe<0.002％、Cu<0.0005％、Ni<0.0005％、Si<0.002％，余量为Mg。
4.如权利要求1所述的低合金化Mg-Zn-Ca镁合金，其特征在于，所述镁合金由以下质量百分数的元素组成：Zn 0.32％、Ca 0.25％、Fe<0.002％、Cu<0.0005％、Ni<0.0005％、Si<0.0
5.一种权利要求1～4任一项所述的低合金化Mg-Zn-Ca镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述原料为高纯Mg、高纯Ca和高纯Zn；其中，金属Mg和Zn的纯度均大于99.98％、金属Ca纯度大于99.9％。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述保护气为CO2和SF6的混合气，CO2和SF6的混合比例为100～200:1；优选的，所述保护气中CO2和SF6的混合比例为100:1；
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述浇铸的温度为680～700℃；
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述挤压坯料得到成形件的工艺具体为：采用卧式挤压机，以0.05～0.5mm/s的速度挤压成形；进一步优选的，所述挤压的温度为250～350℃；所述挤压比为10～80。
10.权利要求1～4任一项所述的镁合金在植入医疗器械、金属空气电池领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种低合金化mg-zn-ca镁合金，其特征在于，所述镁合金由以下质量百分数的元素组成：zn 0.2％～0.5％、ca 0.2％～0.4％、不可避免杂质元素，余量为mg。
2.如权利要求1所述的低合金化mg-zn-ca镁合金，其特征在于，所述ca与zn的原子比高于2:3；所述不可避免杂质元素总的质量百分比不高于0.03％，其中：fe<0.02％、cu<0.002％、ni<0.002％、si<0.005％。
3.如权利要求1所述的低合金化mg-zn-ca镁合金，其特征在于，所述镁合金由以下质量百分数的元素组成：zn 0.24～0.40％、ca 0.22～0.28％、fe<0.002％、cu<0.0005％、ni<0.0005％、si<0.002％，余量为mg。
4.如权利要求1所述的低合金化mg-zn-ca镁合金，其特征在于，所述镁合金由以下质量百分数的元素组成：zn 0.32％、ca 0.25％、fe<0.002％、cu<0.0005％、ni<0.0005％、si...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘运腾，唐金烁，李航，刘洪涛，吴建华，宋令慧，王美芳，程开明，周吉学，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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