[发明专利]一种低合金化Zn-Mn-Ag或Zn-Mn-Ca合金及制备方法

说明书

本发明公开了低合金化Zn‑Mn‑Ag或Zn‑Mn‑Ca合金及其制备方法，属于有色金属合金材料成分设计和制备技术领域。本发明提供的锌合金按质量百分比由下述成分组成：(1)0.1～5％的Mn，0.05～5％的Ag，余量为Zn；(2)0.1～5％的Mn，0.02～2％的Ca，余量为Zn。通过对真空熔炼得到的铸态合金进行轧制或挤压塑性变形，优化了合金组织，使合金具有良好的综合力学性能。所述轧制包括4条工艺路线，所述挤压包括1条工艺路线。制得的变形Zn‑Mn‑Ag和Zn‑Mn‑Ca合金可用做仪器仪表壳体、装饰品、模型和电器零件等。除此之外，上述合金也满足生物医用植入材料所需的力学性能，能够在体内降解并具有优良的细胞相容性，可作为生物医用材料植入动物体或人体。

技术领域

本发明涉及低合金化Zn-Mn-Ag和Zn-Mn-Ca合金的成分设计、制备方法和应用领域，属于有色金属合金材料成分设计和制备加工技术领域。

背景技术

锌在我国储量丰富，成本低廉，是重要的金属材料。锌具有优良的抗腐蚀性能，被广泛的用作钢铁的镀层保护材料。其铸造性能良好，可用于砂型、金属型及压铸生产，可生产薄壁及复杂铸件。锌还由于其独特的电化学性能，被制成电源干电池而得到了广泛应用。此外，锌及其合金的轧制加工性能优良，其板带材应用在建筑、机械、运输、仪器仪表等领域。近年来，锌及其合金在可降解生物医用材料方面的潜在应用受到广泛关注。目前已报道的生物医用金属材料可分为不可降解型和可降解型。不可降解的医用金属材料，如316L不锈钢，植入人体后需要二次手术取出，会增加病人的痛苦。而降解速度过快的医用金属材料，如镁合金，则难以满足医用植入体后期所需的支撑力，容易造成血管再次堵塞。锌在人体内的降解速度低于镁却高于铁，因此最近作为可降解生物医用金属材料的重要种类获得了重视。

要拓展锌合金的用途，必须重视发展变形锌合金。现有的变形锌合金主要是Zn-Al和Zn-Cu系锌合金，应用于建筑、机械、运输等领域。文献报道的生物医用锌合金包括Zn-Mg、Zn-Cu、Zn-Li、Zn-Sr、Zn-Ag系锌合金。Al被认为可能引发早老性痴呆症，一般不作为植入用生物医用锌合金的添加元素。

纯锌的力学性能较差，锰元素的加入可提高合金的力学性能和耐磨性，银元素和钙元素的加入可以细化晶粒，并且银元素在锌中的固溶度较大，可以通过固溶强化或时效强化提高锌合金强度。此外，锌、锰、银和钙都是人体所必需微量元素，成人每天需要13～15mg的锌。锌是上百种酶的辅酶，在维持细胞结构、增强免疫力和防衰老等方面起着重要的作用。锰有去脂作用，能有效改善动脉粥样硬化患者的脂质代谢，并参与造血，还可以增强免疫力。银可以起到消毒杀菌的作用，纳米银粒子作为新一代的天然抗菌剂，可以强效杀菌并促进伤口愈合。钙是牙齿、骨骼的主要成分，参与心脏搏动、肌肉收缩和血液凝固等活动，能够改善血液粘稠度，维持细胞功能，消除多余血脂和胆固醇，改善血管弹性。

目前国内外还没有文献或专利报道本专利所发明的低合金化Zn-Mn-Ag和Zn-Mn-Ca合金的成分、制备方法和性能，并提出将这种Zn-Mn-Ag和Zn-Mn-Ca合金用于电器零件、装饰品和生物医用可降解材料。

发明内容

本发明旨在提供低合金化Zn-Mn-Ag和Zn-Mn-Ca合金的成分设计、制备方法和应用领域。本发明制备的锌合金具有优良的力学性能，适用于仪器仪表壳体、装饰品、模型和电器零件等领域。并且由于Zn、Mn、Ag和Ca元素均为人体必需微量元素，上述合金还可用于生物医用植入材料。

本发明提供的Zn-Mn-Ag或Zn-Mn-Ca合金，包括Zn元素、Mn元素、Ag元素和Ca元素。合金元素成分范围是：(1)0.1～5％的Mn，0.05～5％的Ag，余量为Zn；(2)0.1～5％的Mn，0.02～2％的Ca，余量为Zn，上述成分以质量百分比计算。

如上所述的Zn-Mn-Ag或Zn-Mn-Ca合金的制备方法，具体制备步骤如下：