镁合金、其制造方法及其用途
【专利摘要】本专利申请的主题涉及镁合金并且涉及其制造的方法和其用途，镁合金包含：按重量计多达6.0％的Zn、并且优选地按重量计2.0至4.0％的Zn，按重量计2.0至10.0％的Al、并且优选地按重量计3.0至6.0％的Al，其中应当应用按重量计％的Al≥按重量计％的Zn，剩余为包含促进电化学势差和/或形成沉淀物和/或金属间相的杂质的镁，Fe、Si、Mn、Co、Ni、Cu、Zr、Y、Sc或具有序数为21、57至71和89至103的稀土、Be、Cd、In、Sn和/或Pb以及P按重量计不大于0.0063％的总量，其中合金的基体由于Al和Zn是固溶体硬化并且由于由Mg和Al形成的金属间相也是颗粒硬化。
【专利说明】镁合金、其制造方法及其用途
【技术领域】
[0001]本专利申请的主题涉及镁合金以及其制造方法和其用途。
【背景技术】
[0002] 众所周知，镁合金的性质由合金元素和杂质的类型和量以及制造条件决定性地限 定。对于本领域的技术人员，合金元素和杂质对镁合金的性质的影响已经知道很久了，并且 合金元素和杂质对镁金属合金的性质的影响解释了决定二元或三元镁合金其用作植入材 料的性质的复杂本质。
[0003] 最经常地被用于镁的合金元素是铝，由于固溶体和沉淀硬化以及细粒形成导致增 加的拉伸强度，并且导致微孔。此外，在熔化物中，铝朝向大幅度更低的铁含量改变铁析出 边界（precipitation boundary),在此铁颗粒沉淀或或与其他元素一起形成金属间颗粒。
[0004] 钙展示了显著的晶粒细化作用并且使可浇铸性和耐腐蚀性变差。
[0005] 在镁合金中不期望的伴生元素包括铁、镍、钴和铜，其由于它们的电正性本质引起 腐蚀趋势相当大的增加。
[0006] 锰可以在所有镁浇铸的合金中发现，并且以AlMnFe沉淀物的形式结合铁，由此减 少局部电池的形成。在另一方面，锰不能够结合所有铁，因此剩下的铁和剩下的锰总是被留 在熔化物中。
[0007] 硅降低可浇铸性和粘度，并且随着硅含量增加，可以预料到加剧的腐蚀行为。铁、 猛和娃具有非常高的形成金属间相（intermetallic phase)的倾向。
[0008] 该相的电化学势非常高并且可以因此作为控制合金基体腐蚀的阴极。
[0009] 作为固溶体硬化的结果，锌提高了机械性能并且引起晶粒细化，然而在二元Mg-Zn 和三元Mg-Al-Zn合金中，它也导致具有在按重量计1. 5至2%含量下开始的朝向热裂的趋 势的微孔。
[0010] 由锆制造的合金添加物（addition)在未降低膨胀的情况下增加拉伸强度并且导 致晶粒细化，而且引起强的动态重结晶（restrystallization)损害，其表现在重结晶温度 的增加并且因此需要高能量消耗。此外，由于失去晶粒细化作用，锆不能被添加到包含铝和 硅的熔化物中。
[0011] 稀土，例如Lu、Er、Ho、Th、Sc和In，全部展示相似的化学行为并且在二元相图的富 镁侧形成具有局部溶解度的低共熔系统，使得沉淀硬化是可能的。
[0012] 已知另外的合金元素连同杂质的添加在二元镁合金中引起不同金属间相的形成。 例如，形成在晶粒间界的金属间相Mg 17Al12是脆性的并且限制延性。与镁基体比较，该金属 间相更惰性并且能够形成局部电池 ，由此腐蚀行为加剧。
[0013] 除了这些影响因素，镁合金的性质还决定性地取决于冶金生产条件。传统的浇铸 方法在通过制造和金添加合金兀素时自动引入杂质。现有技术（US 5, 055,254 A)因此限定 了在镁浇铸合金中的杂质容许限，例如，对于包含按重量计大约8到9. 5%的A1以及按重量 计0. 45到0. 9%的Zn的镁-铝-锌合金，其提到按重量计0· 0015至0. 0024%的Fe、按重 量计0· 0010 %的Ni、按重量计〇· 0010至0. 0024%的Cu和按重量计不少于0. 15至0· 5% 的Μη的容许限。
[0014] 在很多己知的文件中提及在镁和其合金中的杂质的容许限以及生产条件，并且以 按重量计％列出如下：
[0015]
【权利要求】
1. 具有提高的机械性能和电化学性能的镁合金，其包含：按重量计少于或等于4. 0% 的Zn、按重量计2. 0至10. 0 %的A1，按重量计％的A1的合金含量大于或等于重量计％的 Zn的合金含量，剩余为包含促进电化学势差和/或形成沉淀物和/或金属间相的杂质的镁， Fe、Si、Mn、Co、Ni、Cu、Zr、Y、Sc 或具有序数为 21、57 至 71 和 89 至 103 的稀土、Be、Cd、In、 Sn和/或Pb以及P按重量计不大于0. 0063%的总量，其中合金的基体由于A1和Zn是固 溶体硬化并且由于由Mg和A1形成的金属间相也是颗粒硬化。
2. 根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于Zn的含量按重量计少于或等于2. 0 %， 特别优选地，按重量计少于或等于1. 〇%，和/或A1的含量按重量计为2. 0至8. 0 %，优选 地为按重量计3. 0至8. 0%以及更优选地为按重量计3. 0至6. 0%。
3. 根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于杂质量的总和中的所述单独杂质为按 重量计％ 的下列：Fe、Si、Mn、Ni、Co、Cu 各自均< 0· 0005 ;Zr、Y 各自均< 0· 0003 ;且 P < 0·0002。
4. 根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于当所述杂质元素 Fe、Si、Mn、Co、Ni和Cu 结合时，这些杂质的总和按重量计不大于0.003%。
5. 根据权利要求1至4所述的镁合金，其特征在于所述合金具有精细晶粒的微结构，其 具有不大于7. 5 μ m的晶粒尺寸，优选地< 5 μ m，并且更优选地< 2. 5 μ m。
6. 根据权利要求1至5所述的镁合金，其特征在于所述合金具有> 275MPa、并且优 选地> 300MPa的拉伸强度，大于200MPa、并且优选地> 225MPa的屈服点，以及< 0. 8、并 且优选地< 0. 75的屈强比，其中所述拉伸强度和屈服点之间的差> 50MPa，并且优选地> lOOMPa，以及力学非对称性< 1. 25。
7. 制造具有提高的机械性能和电化学性能的镁合金的方法，其包括下述步骤： a) 通过真空蒸馏的方式生成高纯镁； b) 通过合成根据步骤a)的具有按重量计小于或等于4. 0 %的Zn、按重量计2. 0至 10.0%的A1的所述镁生成所述合金坯，其中按重量计％的A1的所述合金含量大于或等于 按重量计％的Zn的所述合金含量，剩余为包含促进电化学势差和/或形成沉淀物和/或 金属间相的杂质的镁，Fe、Si、Mn、Co、Ni、Cu、Zr、Y、Sc或具有序数为21、57至71和89至 103的稀土、Be、Cd、In、Sn和/或Pb以及P按重量计不大于0. 0063%的总量，其中合金的 基体由于A1和Zn是固溶体硬化并且由于由Mg和A1形成的金属间相合金的基体也是颗粒 硬化； c) 通过在150°C和450°C之间的温度下持续4到40小时的时间段退火均化所述合金； d) 在200°C和400°C的温度范围内，至少单次形成所述均质的合金。
8. 根据权利要求7所述的镁合金，其特征在于在所述生成的坯中，Zn的所述含量按重 量计小于或等于2. 0%，特别优选地按重量计小于或等于1. 0%，和/或A1的所述含量按重 量计为2. 0至8. 0 %，优选地按重量计3. 0至8. 0 %并且更优选地按重量计3. 0至6. 0 %。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于杂质量的总和中的所述各自杂质为按重量 计％ 的下列：Fe、Si、Mn、Ni、Co、Cu 各自均<0· 0005 ;Zr、Y 各自均<0· 0003 ;且 P <0· 0002。
10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于当所述杂质元素 Fe、Si、Mn、Co、Ni和Cu 结合时，这些杂质的总和按重量计不大于0. 003%。
11. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述形成工序为挤压、等通道转角挤压 (EACE)和/或多次锻造工序。
12. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于重复至少一次所述步骤c)和d)。
13. 根据权利要求7或12所述的方法，其特征在于在250°C和450°C之间的温度下执行 所述步骤c)和/或在225°C和400°C之间的温度下执行步骤d)。
14. 根据权利要求1至6中任一项所述的镁合金用于生产生物可降解植入物的用途。
15. 根据权利要求14所述的镁合金的用途，其特征在于所述植入物选自血管内植入物 如支架、用于加固和暂时固定组织植入物和组织移植的植入物、矫形和牙科植入物和神经 植入物。
16. 通过根据权利要求7至13中任一项所述的方法生产的镁合金用于生产生物可降解 植入物的用途。
17. 根据权利要求16的镁合金的用途，其特征在于所述植入物选自血管内植入物如支 架、用于加固和暂时固定组织植入物和组织移植的植入物、矫形和牙科植入物和神经植入 物。
【文档编号】C22C23/00GK104245983SQ201380022063
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月24日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】H·米勒, P·雨果维特泽, J·洛夫勒 申请人:百多力股份公司