一种多组元、高硬度生物医用Mg-Zn-Nd-Y-Zr-Ca合金及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多组元、高硬度生物医用Mg‑Zn‑Nd‑Y‑Zr‑Ca合金及制备方法，具体涉及通过微合金化的方法，通过添加多种与人体生物相容性良好的合金元素，获得高硬度生物医用镁合金。该合金选用人体必需的微量元素Zn和在人体微量无毒的元素Nd、Y、Zr作为基合金，通过调整添加构成人骨的重要组分Ca，获得高硬度的新型医用镁合金。本发明专利技术的合金相比于其他镁合金硬度高，合金组分安全。通过在Mg‑Zn‑Nd‑Y‑Zr合金中添加适量Ca元素，可通过固溶强化和晶粒细化提高合金硬度。对生物医用镁合金在机械性能上的提高提供了有利的帮助。

A multi-component, high hardness biomedical Mg-Zn-Nd-Y-Zr-Ca alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种多组元、高硬度生物医用Mg-Zn-Nd-Y-Zr-Ca合金及制备方法
本专利技术涉及一种新型高硬度镁合金材料，特别是涉及一种生物医用高硬度镁合金材料。
技术介绍
镁合金由于其可降解性而成为生物医用的热门材料，开发适用于人体的高机械性能材料成为本领域的当务之急。合金化是改善镁合金的力学性能和耐腐蚀性能的重要手段。通过合金化使材料的显微组织发生改变，通过晶粒细化、固溶强化和沉淀强化提高合金的机械性能。目前所用的材料主要集中于二元或三元合金系的研究，而多组元合金系的研究结果还较少。与二元或三元合金系相比，多组元合金的作用机制复杂，各组元间存在相互作用和影响，能显著提高镁合金的综合性能。
技术实现思路
为弥补现有合金体系的不足，本专利技术提供一种通过多组元微合金化的方法设计一种新型的合金，该合金系可使镁合金的硬度得到较大的提高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。通过选用人体必需的微量元素Zn和在人体微量无毒的元素Nd、Y、Zr作为基合金，采用铸造的方法，将不同含量的Ca元素加入Mg-Zn-Nd-Y-Zr合金中，得到高硬度的新合金。所述的合金采用如下方法制备：以纯镁(99.9％)、纯锌(99.9％)、Mg-20％Nd、Mg-30％Y、Mg-30％Zr和Mg-20％Ca中间合金为原料。将熔炼炉和坩埚预热至300℃，放入镁锭升温熔化，待其全部熔化后升温至780℃，依次加入纯Zn、Mg-20％Nd、Mg-30％Y、Mg-30％Zr和Mg-20％Ca中间合金，待其全部熔化后搅拌均匀，保温10min，降温至720℃浇入钢模空冷，获得所需合金。进一步的，所述Mg-Zn-Nd-Y-Zr-Ca合金成分如下：Zn:2.0wt％，Nd:0.5wt％，Y:1.0wt％，Zr:0.5wt％，Ca:0.1-1.0wt％，Mg:余量。优选的，Ca含量为1wt％。本专利技术通过多组元微合金化向Mg-Zn-Nd-Y-Zr合金中加入微量Ca后，晶粒尺寸明显减小，Ca元素一部分固溶进入镁合金基体，提高基体的硬度，另一部分位于晶界形成新的高硬度相，抑制晶粒生长，提高了材料的强度和硬度。对生物医用镁合金在机械性能上的提高提供了有利的帮助。本专利技术具有以下优点：1、铸造法生产工艺简单，不需要特殊的设备，生产成本低，技术简单易掌握。2、本专利技术通过在Mg-Zn-Nd-Y-Zr合金中引入Ca元素，可使其硬度提高2-3倍。3、本专利技术通过合理控制含Ca量，达到最佳的硬度指标。附图说明图1为添加不同的Ca元素后，合金的微观组织图片。其中，(a)0％，(b)0.1wt％，(c)0.3wt％，(d)0.5wt％，(e)1.0wt％。图2为Ca加入基体合金后显微硬度变化曲线图。具体实施方式下面通过附图和具体实施例详述本专利技术，但不限制本专利技术的保护范围。如无特殊说明，本专利技术所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从化学公司购买。下述实施例中Mg-20％Nd指Nd含量为20wt％的Mg-Nd中间合金，Mg-30％Y指Y含量为30wt％的Mg-Y中间合金，Mg-30％Zr指Zr含量为30wt％的Mg-Zr中间合金，Mg-20％Ca指Ca含量为20wt％的Mg-Ca中间合金。实施例1按计算好的比例，Zn：2wt％，Nd：0.5wt％，Y：1.0wt％，Zr：0.5wt％，Ca：0.1wt％，准备900克的纯镁(99.9％)、20克纯锌(99.9％)、25克Mg-20％Nd、33.3克Mg-30％Y、16.7克Mg-30％Zr和5克Mg-20％Ca中间合金原料。将熔炼炉和坩埚预热至300℃，放入镁锭升温熔化，待其全部熔化后升温至780℃，依次加入纯Zn、Mg-20％Nd、Mg-30％Y、Mg-30％Zr和Mg-20％Ca中间合金，待其全部熔化后搅拌均匀，保温10min，降温至720℃浇入钢模空冷，获得Mg-2Zn-0.5Nd-1.0Y-0.5Zr-0.1Ca合金。实施例2按计算好的比例，Zn：2wt％，Nd：0.5wt％，Y：1.0wt％，Zr：0.5wt％，Ca：0.3wt％，准备890克的纯镁(99.9％)、20克纯锌(99.9％)、25克Mg-20％Nd、33.3克Mg-30％Y、16.7克Mg-30％Zr和15克Mg-20％Ca中间合金原料。将熔炼炉和坩埚预热至300℃，放入镁锭升温熔化，待其全部熔化后升温至780℃，依次加入纯Zn、Mg-20％Nd、Mg-30％Y、Mg-30％Zr和Mg-20％Ca中间合金，待其全部熔化后搅拌均匀，保温10min，降温至720℃浇入钢模空冷，获得Mg-2Zn-0.5Nd-1.0Y-0.5Zr-0.3Ca合金。实施例3按计算好的比例，Zn：2wt％，Nd：0.5wt％，Y：1.0wt％，Zr：0.5wt％，Ca：0.5wt％，准备880克纯镁(99.9％)、20克纯锌(99.9％)、25克Mg-20％Nd、33.3克Mg-30％Y、16.7克Mg-30％Zr和25克Mg-20％Ca中间合金原料。将熔炼炉和坩埚预热至300℃，放入镁锭升温熔化，待其全部熔化后升温至780℃，依次加入纯Zn、Mg-20％Nd、Mg-30％Y、Mg-30％Zr和Mg-20％Ca中间合金，待其全部熔化后搅拌均匀，保温10min，降温至720℃浇入钢模空冷，获得Mg-2Zn-0.5Nd-1.0Y-0.5Zr-0.5Ca合金。实施例4按计算好的比例，Zn：2wt％，Nd：0.5wt％，Y：1.0wt％，Zr：0.5wt％，Ca：1.0wt％，准备855克的纯镁(99.9％)、20克纯锌(99.9％)、25克Mg-20％Nd、33.3克Mg-30％Y、16.7克Mg-30％Zr和50克Mg-20％Ca中间合金原料。将熔炼炉和坩埚预热至300℃，放入镁锭升温熔化，待其全部熔化后升温至780℃，依次加入纯Zn、Mg-20％Nd、Mg-30％Y、Mg-30％Zr和Mg-20％Ca中间合金，待其全部熔化后搅拌均匀，保温10min，降温至720℃浇入钢模空冷，获得Mg-2Zn-0.5Nd-1.0Y-0.5Zr-1.0Ca合金。实施例5图1为实施例1-4向Mg-Zn-Nd-Y-Zr合金加入不同含量的Ca之后的微观组织照片，随着Ca含量的增加，晶粒尺寸迅速减小。图2为不同Ca含量的合金的显微硬度变化曲线，随着Ca含量的增加，显微硬度迅速增加。综上可知，含Ca1.0％时的合金硬度最高。以上所述，仅为本专利技术创造较佳的具体实施方式，但本专利技术创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术创造披露的技术范围内，根据本专利技术创造的技术方案及其专利技术构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本专利技术创造的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多组元、高硬度生物医用Mg‑Zn‑Nd‑Y‑Zr‑Ca合金的制备方法，其特征在于：以纯镁、纯锌、Mg‑20％Nd、Mg‑30％Y、Mg‑30％Zr和Mg‑20％Ca中间合金为原料，将熔炼炉和坩埚预热至300℃，放入镁锭升温熔化，待其全部熔化后升温至780℃，依次加入纯Zn、Mg‑20％Nd、Mg‑30％Y、Mg‑30％Zr和Mg‑20％Ca中间合金，待其全部熔化后搅拌均匀，保温10min，降温至720℃浇入钢模空冷，获得所需合金。

【技术特征摘要】
1.一种多组元、高硬度生物医用Mg-Zn-Nd-Y-Zr-Ca合金的制备方法，其特征在于：以纯镁、纯锌、Mg-20％Nd、Mg-30％Y、Mg-30％Zr和Mg-20％Ca中间合金为原料，将熔炼炉和坩埚预热至300℃，放入镁锭升温熔化，待其全部熔化后升温至780℃，依次加入纯Zn、Mg-20％Nd、Mg-30％Y、Mg-30％Zr和Mg-20％Ca中间合金，待其全部熔化后搅拌均匀，保温10min，降温至...

【专利技术属性】
技术研发人员：张倩倩，董桂馥，林永威，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21