ALEACION BASADA EN MAGNESIO CON UNA COMBINACION MEJORADA DE CARACTERISTICAS MECANICAS Y DE CORROSION.

Una aleación basada en magnesio extraído de un lingote con una mejor combinación de las propiedades mecánicas y de corrosión,

consistiendo dicha aleación en (en % en peso):

1-10% de escandio,

hasta aproximadamente 3% de ytrio,

1-3% de elementos de las tierras raras,

0,1-0,5% de circonio,

no más de 0,001% de cada uno de hierro, níquel y cobre,

no más de 0,0001% de cada uno de los tóxicos, radioactivos y peligrosos para un organismo vivo de los elementos aluminio, cadmio, estroncio, torio y cinc,

menos del 0,005% de otras impurezas metálicas,

y el resto de magnesio

Aleación basada en magnesio con una combinación mejorada de características mecánicas y de corrosión.

La invención dada se refiere a aleaciones basadas en magnesio y, más claramente, a una composición y estructura de aleaciones deformables basadas en magnesio con la combinación mejorada de resistencia, deformabilidad y resistencia a la corrosión a temperatura ambiente.

El magnesio pertenece al grupo de metales ligeros y, desde luego, es atractivo como material de construcción. Sin embargo tiene características mecánicas más bien mediocres relacionadas con la cantidad limitada de planos de deslizamiento a la deformación plástica en una estructura cristalina de h.c.p. (empaquetamiento compacto hexagonal). Además el magnesio tiene baja resistencia a la corrosión en condiciones naturales debido a su gran actividad química. El único camino de uso práctico del magnesio es la creación de aleaciones basadas en él. Las propiedades mecánicas y de corrosión de cualquier metal dependen esencialmente de la presencia en ellos de otros elementos metálicos que pueden generar diversos enlaces intermetálicos y las soluciones sólidas que pueden poner en funcionamiento varias influencias sobre las propiedades especificadas. La acción de los elementos aleantes sobre las propiedades de las aleaciones basadas en magnesio se ha investigado mucho en los sistemas binarios, pero en aleaciones multicomponente sus efectos agregados pueden parecer complejos y a priori impredecibles. Por tanto, la elección de los elementos aleantes y sus proporciones en una aleación son los factores a controlar.

Los principales elementos aleantes en las aleaciones industriales de magnesio son: aluminio, cinc, litio, ytrio, manganeso, circonio, metales de las tierras raras (RE), y sus combinaciones.

Las propiedades mecánicas de las aleaciones de magnesio, así como de otras aleaciones metálicas, se controlan cambiando: una combinación del funcionamiento de mecanismos conocidos de dureza (solución sólida, consolidación por precipitación, endurecimiento por deformación, endurecimiento del contorno del grano, etc.) y mecanismos de deformación plástica debidos a la construcción de la aleación, por eso también/o cambiando un estado de la aleación (revenido). Los elementos aleantes y la estructura de la aleación también influyen simultáneamente en otras propiedades, incluida la resistencia a la corrosión. La proporción de corrosión del magnesio y de las aleaciones de magnesio depende también profundamente del grado de pureza del magnesio. Por ejemplo, en una solución acuosa de cloruro sódico al 4%, una proporción de corrosión de magnesio con pureza de 99,9% en peso es cientos de veces mayor que el magnesio con pureza del 99,99% en peso, véase Timonova M.A. Korrosia I zaschita magnievix splavov. M. Metallurgija 1977, pág. 152, Rusia.

Además, algunas impurezas pueden cambiar un posible intervalo de solubilidad de otras impurezas. Así, la adición de aluminio a una aleación basada en magnesio incrementa la influencia de otros elementos aleantes sobre la proporción de corrosión la aleación [véase lo anterior]. La distribución de elementos aleantes e impurezas y la estructura de la combinación química que forman afectan también a la gran influencia sobre la proporción de corrosión de las aleaciones de magnesio y su uniformidad. Además la proporción de corrosión de las aleaciones de magnesio depende del estado de una aleación, deformada, estabilizada y recocida completamente o en parte, etc.

Se supone que la aleación de la invención se usa principalmente en el campo de las temperaturas de 0-50ºC y dentro de las aplicaciones prácticas que demandan una buena deformabilidad y mejorada resistencia a corrosión. Por tanto, el desarrollo previo en el campo de la mejora de las propiedades mecánicas y de corrosión de las aleaciones de magnesio se considerará por debajo sólo en las condiciones especificadas de temperatura. Los datos sobre mejora de la resistencia, resistencia a la deformación plástica y resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio a temperaturas elevadas y altas se considerarán sólo parcialmente, aunque los autores de la invención están muy familiarizados con ellos. Es por eso por lo que aunque se mantendrá la resistencia mejorada de tales aleaciones y a temperatura ambiente, sus características plásticas en estas condiciones pueden disminuir drásticamente.

Más adelante, en la descripción de las propiedades de las aleaciones de magnesio, se supondrá un intervalo de temperaturas de 0 a 50ºC, y los contenidos cuantitativos de los elementos de aleación en porcentaje en peso, por si no se supone otra disposición especial.

Actualmente se fabrican bastantes aleaciones basadas en magnesio, y sus composiciones se escogen dependiendo de aplicaciones concretas.

La mayor parte de las aleaciones basadas en magnesio pueden dividirse potencialmente en varios grupos, según los elementos aleantes predominantes. Estos son grupos de Mg-Li, Mg-Al, Mg-Zn y aleaciones Mg-RE, donde RE son metales de las tierras raras.

Las aleaciones se subdividen también en clases dentro de los grupos especificados, según elementos aleantes adicionales. Por ejemplo, bajo la especificación ASTM:

- Aleaciones de tipo LAE (Mg-Al-RE) están dentro del grupo de Mg-Li;

- Aleaciones de tipo: AM (Mg-Al-Mn), AZ (Mg-Al-Zn), AE (Mg-Al-RE) están dentro del grupo Mg-Al;

- Aleaciones de tipo ZK (Mg-Zn-Zr) y aleaciones ZE (Mg-Zn-RE) están dentro del grupo Mg-Zn;

- La mayor parte de las conocidas aleaciones de tipo WE (Mg-Y-Nd-Zr) están dentro del grupo Mg-RE.

En varias patentes se describen aleaciones de composición más compleja, que no pueden identificarse inequívocamente con una clase concreta bajo especificación ASTM. El propósito de su creación es la mejora de ciertas características de las aleaciones.

Las aleaciones eutécticas Mg-Li son las aleaciones de magnesio más plásticas (por ejemplo, patente nº DE 3922593, 24/01/1991. De acuerdo con el diagrama en fase binaria Mg-Li (Freeth W.E, Raynor, G. V., J. Inst. Metals 82, 575-80, 1954), hay una fase alfa HCP en una aleación con contenidos de litio de hasta 5,7%, que es característico del magnesio puro. Con contenidos en litio mayores del 10%, en una aleación prevalece la fase beta, que tiene estructura b.c.c. (cúbica centrada en el cuerpo). En este caso se incrementa la posible cantidad de sistemas deslizantes y, por eso, la formabilidad de las aleaciones. En el ensayo de tracción a temperatura ambiente el alargamiento de la aleación de Mg-11Li alcanza 39% y UTS-104 MPa (en la patente de Estados Unidos nº 6.838.049).

El fallo de las aleaciones de magnesio-litio es su baja resistencia y la disminución de la resistencia a la corrosión de una aleación debido a la presencia del litio químicamente activo.

Las aleaciones de Mg-Li se alean además para incrementar la resistencia y la estabilidad a la corrosión. A menudo, se añaden aluminio y cinc a las aleaciones de Mg-Li para incrementar la solidez y la resistencia a la corrosión de ellas. La adición de 4-10% de aluminio y de hasta 2% de cinc conduce a una combinación bastante buena de resistencia y formabilidad de las aleaciones de Mg-Li-Al-Zn.

En la Master's Thesis Hsin-Man Lin "Effects of Aluminum Addition on Properties of Magnesium-Lithium Alloys", Date of Defense de 15/07/2004, se muestra que la adición de 0,6% de Al en la aleación de Mg-9Li puede "evidentemente incrementar la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión, y mantener las propiedades de alargamiento a temperaturas por debajo de 200ºC y a cualquier velocidad de deformación".

Sin embargo, la presencia de aluminio, así como también cinc, en las aleaciones de Mg-Li disminuye su formabilidad a temperatura ambiente, que es la principal ventaja de estas aleaciones. Tales cambios son efectos desfavorables esenciales de la presencia de los elementos especificados en las aleaciones de Mg-Li.

También se proponen otras combinaciones de elementos aleantes en aleaciones sobre la base de Mg-Li.

En la patente JP nº 8-23057B se propone la adición de ytrio para incrementar la resistencia de la aleación de Mg-Li, pero la presencia de un elemento más activo en una aleación disminuye, además, la resistencia a corrosión de tales aleaciones.

En la patente de Estados Unidos nº 6.838.049 se describe "una aleación de magnesio formada a temperatura ambiente con excelente resistencia a la corrosión". Su composición incluye...

1. Una aleación basada en magnesio extraído de un lingote con una mejor combinación de las propiedades mecánicas y de corrosión, consistiendo dicha aleación en (en % en peso):

2. La aleación de la reivindicación 1 usada en un estado de grano ultra fino con el tamaño medio no mayor de 3 micrómetros.

3. La aleación de las reivindicaciones 1 ó 2 usadas para láminas, varillas, alambre, tubos, etc., para producir los productos finales.

4. La aleación de las reivindicaciones 1 ó 2 usadas para producir productos médicos y dispositivos usados in vivo.

5. La aleación especificada en cualquiera de las reivindicaciones previas usadas para producir resortes intravasculares.

6. Un resorte intravascular fabricado de la aleación de al menos una de las reivindicaciones previas.