專利名稱：一種生物醫(yī)用耐蝕鎂合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用金屬材料領域，具體涉及一種可作為人體植入材料的生物醫(yī)用耐蝕鎂合金，同時還包括該鎂合金的制備方法。
背景技術：
鎂合金作為一類新型的生物醫(yī)用材料具有巨大的優(yōu)勢和潛力，與現(xiàn)已投入臨床使用的不銹鋼、鈦合金、鈷基合金等金屬材料相比，具有以下突出優(yōu)點(a)其密度與人骨密度接近，符合理想接骨板的要求；(b)其楊氏彈性模量接近人骨的彈性模量，能有效降低 “應力遮擋效應”;(c)其比強度和比剛度高，滿足生物植入材料的強度性能要求；(d)鎂是人體必需的微量元素之一，其降解產(chǎn)物因此不會對人體產(chǎn)生毒害作用；(e)其資源豐富，價格低廉(參考文獻張佳，宗陽，付彭懷，袁廣銀，丁文江.鎂合金在生物醫(yī)用材料領域的應用及發(fā)展前景[J].中國組織工程研究與臨床康復，2009，13(29): 5747-5750.)。 由此可見，鎂合金作為生物醫(yī)用材料具有誘人的應用前景，可廣泛用作心血管支架、骨固定材料、多孔骨修復材料、牙種植材料、口腔修復材料等，如中國專利CN101550510B “一種高強度可降解生物醫(yī)用鎂合金及其制備方法”和CN10099889;3B “生物可降解稀土鎂合金”均是關于生物醫(yī)用鎂合金的。但是，鎂合金在體液中存在腐蝕速率過快的問題(參考文獻； Kirkland N T, Lespaqnol J, Birbilis N, et al. A survey of bio-corrosion rates of magnesium alloys [J], Corrosion Science, 2010，52(2) : 287-291 )，作為植入材料往往會在組織還沒有充分愈合前就已經(jīng)快速降解了，這嚴重影響其作為生物醫(yī)用材料的應用；因此，開發(fā)高耐蝕性的生物醫(yī)用鎂合金以有效降低其在人體中的腐蝕降解速率對于促進鎂合金在生物醫(yī)學領域的應用至關重要。合金化是提高鎂合金耐蝕性能、解決其腐蝕降解速率過快問題的有效途徑。作為生物醫(yī)用鎂合金，在采用合金化改善合金耐蝕性能的同時，還需注意不能引入對人體具有毒害作用的元素，如Al元素雖然常用于提高鎂合金的耐蝕性能、降低其腐蝕速率，但研究表明Al元素會對人體健康產(chǎn)生危害、不宜用于生物醫(yī)用鎂合金材料。另外，良好的力學性能也是作為人體植入材料的基本要求。由此可見，采用合金化方法開發(fā)高耐蝕性的生物醫(yī)用鎂合金還需要兼顧鎂合金的力學性能和生物相容性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術問題是，針對生物醫(yī)用鎂合金材料耐蝕性能差、腐蝕降解速率過快的問題，提供一種具有高耐蝕性，且兼具良好力學性能和生物相容性的生物醫(yī)用鎂合金材料及其制備方法。本發(fā)明采用的技術方案是一種生物醫(yī)用耐蝕鎂合金，其特征在于，所述鎂合金各組分及其質(zhì)量百分含量為Zn :1. 5% 2. 5%、Mn :0. 8 1. 4%、Nd :0. 5 1. 5%、Ca :0. 5 1. 0%，余量為Mg和總含量不高于0. 3%的不可避免的雜質(zhì)。進一步，制備所述生物醫(yī)用耐蝕鎂合金的方法，包括如下步驟
(1)按配比稱量原材料并放入石墨坩堝中；所述原材料采用高純鎂錠、鋅粒、錳粉、釹粉和鈣粒；
(2)將步驟(1)中裝有原材料的石墨坩堝放入真空感應電爐中進行合金熔煉，用高純氬氣作為保護氣體，待熔煉溫度達到770°C時啟動電磁攪拌裝置，攪拌時間10-20min且其間傾轉(zhuǎn)坩堝數(shù)次，以保證合金元素在熔體中充分均勻分布；
(3)在步驟(2)充分熔煉的合金熔體中加入質(zhì)量百分含量為總原材料0.5-0. 8%的 C2Cl6精煉劑精煉處理3-5min，再攪拌熔體，待熔體冷卻到700-720°C時澆入預熱溫度為 260-280°C的模具中形成合金鑄錠。相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果
1、本發(fā)明鎂合金具有優(yōu)異的耐蝕性能。熔煉合金的原材料均為高純物質(zhì)且和Mn 元素的添加均可降低合金中雜質(zhì)元素的含量、提高合金的純度，從而有利于提高鎂合金的耐蝕性能；少量Ca元素的添加能夠細化晶粒，降低鎂合金的微電池效應，有效提高鎂合金的耐蝕性能；Nd元素的加入則可大幅度提高鎂合金基體的電極電位，減小電偶腐蝕的電位差，顯著提高鎂合金的耐蝕性能。2、本發(fā)明鎂合金具有良好的力學性能。Zn、Mn和Nd的加入均具有固溶強化和時效強化的雙重作用，可以有效提高鎂合金的強度；Ca元素的添加能提高鎂合金的成型性和強度，且其和稀土元素Nd結(jié)合還可使這些特性進一步增強，從而保障了鎂合金良好的力學性能。3、本發(fā)明鎂合金具有良好的生物相容性。添加的合金元素Zn、Mn和Ca均為人體生理機能必不可少的元素，輕稀土元素Nd的少量添加則有利于提高生物植入體的抗凝血行為，因此該鎂合金的降解產(chǎn)物對人體不具有毒害作用。4、本發(fā)明綜合利用Zn、Mn、Nd、Ca四種元素無毒且協(xié)同改善合金顯微組織、提高合金純度和耐蝕性能以及力學性能的特點，制備具有優(yōu)異的耐蝕性能以及良好的力學性能和生物相容性的鎂合金，該鎂合金有望在生物醫(yī)學領域獲得重要應用，并且還可應用于其他一些對耐蝕性能要求較高的領域。5、本制備方法具有原材料易得、制備工藝簡單且易于控制等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明各實施例鎂合金在模擬體液中的極化曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。(一)一種生物醫(yī)用耐蝕鎂合金及其制備方法，其各組分及質(zhì)量百分含量見表1。所述鎂合金的制備過程為按表1配比稱量原材料高純鎂錠、鋅粒、錳粉、釹粉、鈣粒，將原材料放入石墨坩堝中以高純氬氣為保護氣體在真空感應電爐中熔煉合金，待熔煉溫度達到770°C時啟動電磁攪拌裝置，攪拌10-20min且其間傾轉(zhuǎn)坩堝數(shù)次，以保證合金元素在熔體中的充分均勻分布，然后在合金熔體中加入質(zhì)量百分含量為總原材料0. 5-0. 8% 的C2Cl6精煉劑精煉處理3-5min，之后攪拌熔體、待其冷卻到700-720°C時澆入預熱溫度為 260-280°C的模具中形成合金鑄錠。各實施例鎂合金制備參數(shù)如表2所示。
表1本發(fā)明各實施例鎂合金的組成(質(zhì)量分數(shù)，wt%)
權利要求
1.一種生物醫(yī)用耐蝕鎂合金，其特征在于，所述鎂合金各組分及其質(zhì)量百分含量為 Zn 1. 5% 2. 5%、Mn :0. 8 1. 4%、Nd :0. 5 1. 5%、Ca :0. 5 1. 0%，余量為 Mg 和總含量不高于0. 3%的不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1所述的生物醫(yī)用耐蝕鎂合金，其特征在于，所述鎂合金各組分及其質(zhì)量百分含量為Zn 1. 8%、Mn 1. 0%、Nd 1. 5%、Ca 0. 5%、雜質(zhì) 0. 2%，余量為 Mg。
3.一種制備權利要求1或2所述生物醫(yī)用耐蝕鎂合金的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)按配比稱量原材料并放入石墨坩堝中；所述原材料采用高純鎂錠、鋅粒、錳粉、釹粉和鈣粒；(2)將步驟(1)中裝有原材料的石墨坩堝放入真空感應電爐中進行合金熔煉，用高純氬氣作為保護氣體，待熔煉溫度達到770°C時啟動電磁攪拌裝置，攪拌時間10-20min且其間傾轉(zhuǎn)坩堝數(shù)次，以保證合金元素在熔體中充分均勻分布；(3)在步驟(2)充分熔煉的合金熔體中加入質(zhì)量百分含量為總原材料0.5-0. 8%的 C2Cl6精煉劑精煉處理3-5min，再攪拌熔體，待熔體冷卻到700-720°C時澆入預熱溫度為 260-280°C的模具中形成合金鑄錠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于人體植入材料的生物醫(yī)用耐蝕鎂合金，其組分及質(zhì)量百分含量為Zn1.5%～2.5%、Mn0.8～1.4%、Nd0.5～1.5%、Ca0.5～1.0%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。其制備方法為按配比稱量原材料并放入石墨坩堝中以高純氬氣為保護氣體在真空感應電爐中熔煉合金，待熔煉溫度達到770℃時啟動電磁攪拌裝置，攪拌10-20min且其間傾轉(zhuǎn)坩堝數(shù)次，然后用C2Cl6精煉劑精煉處理3-5min，之后攪拌熔體、待其冷卻到700-720℃時澆入模具中形成合金鑄錠。本發(fā)明提供的鎂合金不僅具有良好的力學性能，特別具有優(yōu)異的耐蝕性能、能有效解決生物醫(yī)用鎂合金在體液中腐蝕降解速率過快的問題，而且生物相容性好，降解產(chǎn)物對人體不具有毒害作用，有望在生物醫(yī)學領域獲得重要應用。
文檔編號C22C23/04GK102296220SQ201110273528
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2011年9月15日
發(fā)明者何建新, 李凌杰, 李芳君, 潘復生, 鄒茂華, 鄭杰, 雷驚雷 申請人:重慶大學