[发明专利]一种可快速时效强化的Mg-Sn-Li系镁合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种可快速时效强化的Mg‑Sn‑Li系镁合金及其制备方法，合金成分为：Sn含量为2.5～6.5％，Li含量为0.3～2.5％，其余为Mg；合金还可再含有Ca、Sr、Si、Zr、Mn、Ag、Cu、Na元素中的至少一种。本发明合金通过固溶热处理可获得Mg基过饱和固溶体，然后通过快速时效热处理，可在5h内达到时效强化峰值70～120HV。本发明合金以纳米尺度的Mg‑Sn‑Li三元相为主要析出相，时效强化效果显著，综合性能好，除了可作为常规的结构和高温抗蠕变材料使用，还可作为生物医用材料用于制备人体植入医疗器件。

技术领域

本发明涉及一种可快速时效强化的Mg-Sn-Li系镁合金的成分设计及其制备方法，属于有色金属材料及冶金领域。

背景技术

Mg及其合金密度低、比刚度高、比强度高、阻尼性能好、生物相容性好，在交通运输、航空航天、医疗器械、国防等领域有广泛应用。目前最常用的商用镁合金是Mg-Al-Zn(AZ)系镁合金，然而由于合金组织中的主要第二相Mg₁₇Al₁₂的熔点低(458℃)，Mg-Al共晶温度低(437℃)等原因，AZ系镁合金的抗蠕变性能(或称耐热性)较低，长期服役温度一般不超过120℃。用Sn元素取代主合金化元素A1可以提高镁合金的耐热性能。传统Mg-Sn系镁合金的主要第二相是Mg₂Sn，熔点高(770℃)，Mg-Sn共晶温度高(561℃)，抗蠕变性能优于AZ系镁合金。

铸态Mg-Sn合金的力学性能较低，通过时效热处理可以显著提高合金的强度。然而绝大多数Mg-Sn系镁合金至少需要100h才能达到时效峰值，例如，Mg-10Sn合金在200℃时效800h都未达到硬度峰值，时效硬度低于56HV。这对工业生产不利，增加了生产成本、降低了生产效率。现有文献报道的，时效最快的Mg-Sn系合金是Mg-1.3Sn-1.2Zn-0.19Na镁合金，仍需要6.7h才能达到时效峰值。由此可见，目前Mg-Sn系镁合金存在的共性问题是时效峰值时间长、强化效率低，阻碍了这种镁合金的商业化推广。

专利文献1提供了一种骨科植入镁合金材料及制备方法，其特征在于按重量百分比计化学成分为：Zn：1.5～3％，Mn：0.6～1.1％、Ca：0.3～0.8％、Si：0.3～0.45％、Sn：0.5～0.85％、Li：1～1.8％、Cr：2.5～3.5％、Mo：1.3～1.4％、Sc+La+Y：0.01～0.08％、Ti：0.5～0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。该材料的制备加工方法中没有时效强化。该专利文献的实施例合金中，Cr是含量最高的合金化元素，因此所述合金是Mg-Cr系镁合金。

专利文献2提供了一种具有阻燃性的Mg-Li-Sn合金及其加工工艺，其特征在于按重量百分比计化学成分为：Li：10.0～12.0％，Sn：2.0～9.0％，Sr：4.0～6.0％，Mn：0.2～0.8％，Dy：0.1～0.2％，Ho：0.2～0.3％，S：0.8～1.2％，B：0.2～0.4％，余量为镁。该合金的时效工艺为在真空条件下160℃保温2.4小时，但是并没说明时效的效果，无法确定这种镁合金有时效强化反应。

专利文献3提供了一种可双级时效强化的Mg-Sn-Li-Zn系镁合金及其制备方法，其特征在于以科学计算指导合金成分设计，按重量百分比计化学成分为：Sn：0.01～7％，Li：0.05～3％，Zn：0.4～6.5％，其余为Mg。该合金必须含有Zn元素，可进行双级时效强化。

现有技术文献

专利文献1：CN201810202177.8一种骨科植入镁合金材料及制备方法，

专利文献2：CN201710876112.7一种具有阻燃性的Mg-Li-Sn合金及其加工工艺，

专利文献3：CN201910187857.1一种可双级时效强化的Mg-Sn-Li-Zn系镁合金及其制备方法。

发明内容