一種可降解的鋅合金材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可降解的材料領(lǐng)域，具體涉及一種可降解的鋅合金材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]鼻腔問題是日常生活中多發(fā)病之一，尤其現(xiàn)在鼻腔類疾病不僅種類多而且反復(fù)發(fā)病率高，病發(fā)人群年輕化趨勢明顯。目前已進(jìn)入臨床階段的鼻腔支架材料主要是不銹鋼、鎳鈦合金。不銹鋼鼻腔支架在臨床應(yīng)用中存在的主要不足是其有效率低，主要原因是不銹鋼的生物相容性差、導(dǎo)致人體組織內(nèi)膜增生，且取出時對人體造成二次傷害。
[0003]針對上述問題，“生物可降解材料”的概念被提出。目前臨床應(yīng)用的生物可降解材料主要包括有機(jī)高分子材料和生物活性陶瓷材料，但這類可降解材料仍然存在明顯的缺陷:生物高分子材料力學(xué)性能過低，降解產(chǎn)生的酸性環(huán)境會引發(fā)炎癥;生物陶瓷材料的塑性及彈性均較差。新一代具有生物可降解特性的醫(yī)用金屬材料的出現(xiàn)則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生物可降解材料的缺陷。
[0004]當(dāng)前國內(nèi)可降解金屬研究主要集中于生物可降解鎂合金和鐵基合金。如中國發(fā)明專利(公開號CN 104755644A)公開一種合金和具有基于此類合金的三維結(jié)構(gòu)的植入物。所述合金包括單相MgZn合金，所述單相MgZn合金包含2.0重量％的211到6重量%的Zn，具有少于0.001重量％的一種或多種其它元素，其中其余部分為Mg。中國發(fā)明專利(CN105143483A)公開一種合金和一種具有基于此類合金的三維結(jié)構(gòu)的植入物。該合金包括MgZnCa合金，該MgZnCa合金包含惰性比Mg基質(zhì)合金的惰性小的納米沉淀物，并具有在0.1重量％的Zn至2重量％的Zn的范圍內(nèi)的Zn含量以及在0.2重量％至0.5重量％的范圍內(nèi)的I丐含量，并具有一種或多種其它元素，其中其余部分為鎂。
[0005]然而鎂合金降解速度過快，影響其生物相容性和在使用過程中的力學(xué)性能，而鐵基合金降解速度過慢，會引發(fā)一系列與生物惰性材料類似的不良反應(yīng)。目前可降解鎂合金心血管支架、骨釘均已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，但其降解速度快、降解產(chǎn)物難以吸收等不利因素限制了其應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，提供一種新型生物可降解鋅合金材料，該材料具備較好的力學(xué)性能、機(jī)械加工性能、生物相容性以及適宜的生物降解速率。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種可降解的鋅合金材料，其中，所述的鋅合金材料包括如下各組分:
[0009]鎂0.5?3wt%，
[0010]f丐 0.1?lwt%，
[0011]余量為鋅。
[0012]上述的鋅合金材料是一種新型的可降解金屬基生物材料。與目前研究較多的鐵基生物材料和鎂基生物材料相比，鋅基生物材料在鼻腔環(huán)境中具有適宜的降解速率，可在服役期內(nèi)保證足夠的力學(xué)性能，并在服役期結(jié)束之后，逐步降解，不需要病愈后取出支架。鋅是人體必需的微量元素之一，鋅基生物材料降解之后可被人體吸收，不會對身體造成傷害。
[0013]通過Mg含量的調(diào)整，使鋅合金材料形成較簡單的雙相組織，從而使鋅合金材料具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸率，通過Ca含量的調(diào)整，結(jié)合相應(yīng)的熱處理和冷拔工藝，使鋅合金材料在加工過程中形成彌散的強(qiáng)化相，從而使鋅合金材料的抗腐蝕性能提高，尤其是長時間浸泡腐蝕后的抗拉強(qiáng)度。
[0014]作為優(yōu)選，所述的各組分:
[0015]鎂0.8?1.5wt%，
[0016]鈣0.12?0.2wt%，
[0017]余量為鋅。
[0018]當(dāng)鋅合金材料含有的Mg的質(zhì)量百分比在0.8?1.5%時，對鋅合金材料的晶粒細(xì)化和固溶強(qiáng)化作用增強(qiáng)，Ca質(zhì)量百分比在0.12?0.2時，對鋅合金材料的彌散強(qiáng)化作用增大，得到綜合性能優(yōu)良的可降解的鋅合金材料。
[0019]進(jìn)一步優(yōu)選，所述的各組分:
[0020]鎂1.0wt%，
[0021]?丐 0.16wt% ,
[0022]余量為鋅。
[0023]當(dāng)鋅合金材料含有的Mg的質(zhì)量百分比在I%時，對鋅合金材料的晶粒細(xì)化和固溶強(qiáng)化作用最強(qiáng)，Ca質(zhì)量百分比在0.16%時，對鋅合金材料的彌散強(qiáng)化作用最大，得到綜合性能優(yōu)良的可降解Zn合金。
[0024]作為優(yōu)選，所述的可降解的鋅合金材料為直徑為0.2?0.5mm的絲材。當(dāng)絲材直徑為0.2?0.5_時，此時的鋅合金材料的強(qiáng)度以及彈性非常適于制備醫(yī)用植入器械。尤其適合鼻梁支架，具有較高的抗拉強(qiáng)度和一定的延伸率。
[0025]本發(fā)明還提供一種可降解的鋅合金材料的制備方法，包括如下步驟:
[0026]I)將含有鎂、鈣和鋅的原材料，在溫度550?700°C下混合熔煉5?15min，制備錠材；
[0027]2)將錠材通過擠壓獲得棒材，在溫度250?360°C下熱處理I?3h;
[0028]3)放入空氣中冷卻，再經(jīng)冷拔得到絲材。
[0029]本發(fā)明通過制備錠材-擠壓-熱處理-冷拔，得到絲材，通過配合熱處理和冷拔工藝，使Zn-Mg形成較為簡單的固溶組織，同時使Ca顆粒的彌散強(qiáng)化達(dá)到最優(yōu)效果。
[0030]通過Zn-Mg-Ca合金的成分優(yōu)化及其相應(yīng)的加工工藝參數(shù)優(yōu)化，可提高合金的抗拉強(qiáng)度，同時保持一定的塑性。綜合提高合金的抗腐蝕性能和力學(xué)性能，使其抗拉強(qiáng)度達(dá)到240MPa，30天浸泡生物溶液腐蝕試驗(yàn)后抗拉強(qiáng)度仍可達(dá)到150MPa。
[0031]作為改進(jìn)，所述的棒材的直徑為I?3mm。錠材通過擠壓獲得棒材，合適的直徑，便于下一步熱處理以及冷拔制備絲材，冷拔受力均勻，防止絲材冷拔過程中發(fā)生斷裂。
[0032]作為改進(jìn)，所述的制備錠材的方法為:熔化時攪拌并靜置后再冷卻成錠材，也可以通過熱加工成型或鑄造成型。在所有原材料完全熔化后，可以通過攪拌達(dá)到均勻成分以及除氣的作用，靜置一段時間后再冷卻成錠材。
[0033]作為改進(jìn)，所述的原材料為純鋅、純鎂和純鈣;或者，原材料為鋅鎂合金、鋅鈣合金和鎂鈣合金。上述原材料，可以根據(jù)計(jì)算各化學(xué)元素質(zhì)量百分比并考慮燒損量，取適量的純鋅、純鎂和純鈣配置原材料;也可以根據(jù)計(jì)算合金質(zhì)量百分比并考慮燒損量，用含鎂、鈣和鋅元素的各種中間合金配置原材料。
[0034]作為改進(jìn)，所述的步驟2)中熱處理的升溫速度為8?10°C/min?？刂粕郎厮俣龋沟冒舨臒崽幚硎軣峋鶆?，便于冷拔得到絲材。
[0035]本發(fā)明還提供一種可降解的鋅合金材料在醫(yī)用植入器械中的應(yīng)用。
[0036]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種可降解的鋅合金材料在鼻梁支架中的應(yīng)用。
[0037]同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0038](I)本發(fā)明通過Zn-Mg-Ca合金的成分優(yōu)化及其相應(yīng)的加工工藝參數(shù)優(yōu)化，可提高鋅合金材料的抗拉強(qiáng)度，同時保持一定的塑性，形成0.2?0.5mm絲材；
[0039](2)綜合提高鋅合金材料的抗腐蝕性能和力學(xué)性能，使其抗