Una aleación a base de magnesio, que comprende: - Indio y/o galio en una cantidad total entre 0,

1 y 4% en masa, - escandio y/o gadolinio en una cantidad total entre 0,1 y 15,0% en masa, - itrio en una cantidad entre 0,1 y 3,0% en masa, - metales de tierras raras distintos que el escandio, el gadolinio o el itrio en una cantidad total entre 0,1 y 3,0% en masa, - uno o más de circonio, hafnio y titanio en una cantidad total entre 0,1 y 0,7% en masa, y - magnesio con una pureza mayor o igual que 99,98% en masa, constituyendo el resto

Aleaciones basadas en magnesio.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a unas composiciones y unas estructuras de aleaciones deformables a base de magnesio que tienen unas óptimas propiedades mecánicas, tales como resistencia mecánica, plasticidad, etc., o resistencia a la corrosión, incluso in vivo. Las aleaciones del nuevo grupo tienen una excelente conformabilidad a temperatura ambiente, una alta estabilidad ante la corrosión en una solución de cloruro de sodio y en un cuerpo vivo, así como una excelente termorresistencia. Estas aleaciones se pueden usar en varios campos técnicos.

Antecedentes de la invención

El magnesio, un metal ligero, es un material atractivo usado en construcciones, por ejemplo en las industrias del automóvil y del espacio, para la fabricación de estuches de cuadernos, teléfonos móviles, etc. Sin embargo, tiene un nivel más bien bajo de resistencia mecánica, tenacidad y plasticidad a causa de la estructura cristalina h.c.p. Además, el magnesio tiene una baja resistencia a la corrosión debido a su fuerte actividad química. De este modo, la única forma de usar el magnesio en algunos campos industriales es crear unas aleaciones a base de magnesio con propiedades mejoradas.

La influencia de los elementos aleadores sobre las propiedades mecánicas y ante la corrosión de las aleaciones de magnesio se han estudiado bien en los sistemas binarios, pero en las aleaciones multicomponentes su influencia mutua (a saber: combinados, unidos, aglomerados, etc.) se puede presentar compleja e impredecible. Por lo tanto, la elección de los elementos aleadores básicos y su interrelación en una aleación tienen una influencia definida sobre sus propiedades.

Las aleaciones industriales de magnesio se subdividen en unos grupos de acuerdo con los elementos aleadores adicionales, tales como el litio, el aluminio, el cinc, el itrio, etc. Por ejemplo, conforme a la especificación ASTM, hay grupos de aleaciones de magnesio a base de litio - LA (Mg-Li-Al), LAE (Mg-Li-Al-P3M), aluminio - AM (Mg-Al-Mn), AZ (Mg-Al-Zn), AE (Mg-Al-RE), donde RE significa metales de tierras raras, a base de cinc - ZK (Mg-Zn-Zr), ZE (Mg-Zn-RE) y ZH (Mg-Zn-Th); o a base de itrio - WE (Mg-Y-Nd-Zr), etc.

Muchas patentes describen aleaciones que tienen composiciones más complejas y que no se pueden asignar claramente a alguna clase conforme a la especificación ASTM. El objetivo básico para el desarrollo de estas aleaciones es la mejora de determinadas propiedades del magnesio que se pueden usar en varios campos técnicos. Las propiedades mecánicas de las aleaciones de magnesio así como de otras aleaciones metálicas con una composición determinada se manipulan cambiando, en la combinación semielaborada, los mecanismos de endurecimiento y deformación plástica. Estos últimos se pueden modificar, a su vez, como consecuencia del cambio de la condición estructural de la aleación y así también como consecuencia del uso de tratamientos térmicos especiales.

La velocidad de corrosión del magnesio depende en gran medida de su pureza. Por ejemplo, en una solución de cloruro de sodio en agua al 4%, la velocidad de corrosión del magnesio de una pureza de 99,9% es cientos de veces mayor que para el magnesio con una pureza de 99,99%.

También influyen en la resistencia a la corrosión los elementos aleadores de la aleación, su distribución, así como la composición de los compuestos químicos que forman. La velocidad de corrosión de las aleaciones de magnesio depende de la condición estructural de la aleación y de sus métodos de fabricación. Además, algunas impurezas pueden cambiar las exigencias del intervalo de tolerancia de otros elementos aleadores. Así, la introducción de algo de aluminio en una aleación a base de magnesio puede aumentar la influencia de otros elementos aleadores sobre la velocidad de corrosión de la aleación.

Las aleaciones de la presente invención están destinadas a ser utilizadas principalmente a temperatura ambiente y para aplicaciones que demandan una buena conformabilidad y una alta estabilidad ante la corrosión. Por lo tanto, los desarrollos previos encaminados a la mejora de las propiedades mecánicas y ante la corrosión de las aleaciones de magnesio se considerarán más adelante bajo las condiciones de temperatura especificadas. Se considerarán sólo parcialmente los datos de la mejora de la resistencia mecánica - resistencia a la termofluencia - y de las características ante la corrosión de las aleaciones de magnesio a temperaturas elevadas y altas. Estos datos se omitirán, porque, aunque se mantenga la mejora de la resistencia mecánica de tales aleaciones a temperatura ambiente, en estas condiciones se pueden reducir fuertemente las características plásticas.

Salvo que se especifique otra cosa, la descripción de las propiedades de las aleaciones de magnesio conocidas se refiere al intervalo de temperatura que varía de 20-50ºC, y la composición de las aleaciones se definirá siempre como el porcentaje en peso. (Nota: la definición de "porcentaje en peso" se usa más a menudo, pero el "porcentaje en masa" es más válido desde el punto de vista físico, porque el peso de un cuerpo es diferente a diferentes latitudes del globo y la masa de un cuerpo es constante). Nuestras composiciones que se mencionan más adelante se expresa en "porcentajes en masa".

Las aleaciones de Mg-Li son las aleaciones de magnesio más plásticas, pero su principal problema es su baja estabilidad ante la corrosión y resistencia mecánica. Por ejemplo, a temperatura ambiente el alargamiento de rotura de una aleación de Mg-11% Li alcanza 39% para una resistencia mecánica de 104 MPa (véase la patente de EE.UU. Nº 2005/6.838.049). Sin embargo, la velocidad de corrosión de las aleaciones de Mg-Li es bastante alta incluso en agua pura.

Adicionalmente, las aleaciones de Mg-Li se dopan para aumentar su resistencia mecánica y su estabilidad ante la corrosión. Lo más a menudo, a la aleación se añade aluminio y cinc para aumentar la resistencia mecánica y la estabilidad ante la corrosión. La adición de aluminio y cinc (4% y 2%, respectivamente) conduce a una combinación satisfactoria de la resistencia mecánica y la deformabilidad de las aleaciones de Mg-Li-Al-Zn. Se muestra que la adición de 0,6% de Al a la aleación de Mg-9% Li conduce a un aumento sustancial de la resistencia mecánica a temperaturas por debajo de 200ºC en un amplio intervalo de velocidades de deformación. También aumenta la estabilidad ante la corrosión de las aleaciones con una composición tal.

Para las aleaciones del sistema Mg-Li hay disponibles algunas otras combinaciones de elementos aleadores. La patente de EE.UU. Nº 2005/6.838.049 describe una "aleación de magnesio conformable a temperatura ambiente con una excelente resistencia a la corrosión". Su composición incluye 8,0 a 11,0% de litio, 0,1 a 4,0% de cinc, 0,1 a 4,5% de bario, 0,1 a 0,5% de Al, y 0,1 a 2,5% de Ln (la suma total de uno o más lantánidos) y 0,1 a 1,2% de Ca, siendo el resto Mg e impurezas inevitables. La invención pone énfasis en la precipitación de la fase Mg₁₇Ba₂, que proporciona un afinado y una dispersión uniforme de las fases alfa y beta de la matriz de la aleación. Tal estructura eleva la resistencia mecánica de la aleación. Sin embargo, aunque el bario tiene una retícula b.c.c., tiene un límite bajo de solubilidad en Mg y forma compuestos intermetálicos Mg₁₇Ba₂ que reducen notablemente las características plásticas de las aleaciones de Mg-Li.

La patente de EE.UU. Nº 1991/5.059.390 describe "una aleación a base de magnesio de fase dual que consiste esencialmente en aproximadamente 7-12% de litio, aproximadamente 2-6% de aluminio, aproximadamente 0,1-2% de un metal de tierras raras, preferiblemente escandio, hasta aproximadamente 2% de cinc y hasta aproximadamente 1% de manganeso. La aleación muestra unas combinaciones mejoradas de resistencia mecánica, conformabilidad y/o resistencia a la corrosión".

La patente japonesa Nº 1997/9.241.778 describe una aleación de magnesio que se usa como material de construcción, que contiene hasta 40% de Li y uno o más de los siguientes aditivos: hasta 10% de Al, hasta 4% de Zn, hasta 4% de Y, hasta 4% de Ag y hasta 4% de RE.

En la patente de EE.UU. Nº 1993/5.238.646 se describe un método de preparación de una aleación que tiene una combinación mejorada de resistencia mecánica, conformabilidad y resistencia a la corrosión....

1. Una aleación a base de magnesio, que comprende:

- Indio y/o galio en una cantidad total entre 0,1 y 4% en masa,

- escandio y/o gadolinio en una cantidad total entre 0,1 y 15,0% en masa,

- itrio en una cantidad entre 0,1 y 3,0% en masa,

- metales de tierras raras distintos que el escandio, el gadolinio o el itrio en una cantidad total entre 0,1 y 3,0% en masa,

- uno o más de circonio, hafnio y titanio en una cantidad total entre 0,1 y 0,7% en masa, y

- magnesio con una pureza mayor o igual que 99,98% en masa, constituyendo el resto.

2. La aleación según la reivindicación 1, en la que están presentes impurezas de hierro, níquel o cobre, cada uno en una cantidad de 0,002% en masa o menos.

3. La aleación según la reivindicación 1 ó 2, en la que la estructura es de grano ultrafino y el tamaño de grano es menor o igual que 3 micrómetros.

4. La aleación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende 0,001% en masa o menos de un elemento toxífero.

5. La aleación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que están presentes plata (Ag), aluminio (Al), berilio (Be), cadmio (Cd), cromo (Cr), mercurio (Hg), estroncio (Sr) y torio (Th), cada uno en una cantidad de 0,001% en masa o menos.

6. Un dispositivo médico, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. El uso de una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 para la fabricación de al menos parte de un dispositivo médico.

8. Un tornillo médico, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

9. Una endoprótesis, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

10. Un pasador médico, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

11. Una placa médica, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

12. Una grapa médica, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

13. Una malla tubular médica, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

14. Una endoprótesis vascular, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

15. Una espiral médica, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

16. Un marcador médico de rayos X, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

17. Un catéter médico, que comprende una aleación según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.