一种骨科植入镁合金材料及制备方法技术

一种骨科植入镁合金材料，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％、Ca0.3‑0.8％、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。本发明专利技术的镁合金，其屈服强度≥380MPa，抗拉强度≥420MPa，伸长率≥18.8％，杀菌率≥92％，明显高于其他缺少合金元素的产品，明显高于没有进行表面涂覆处理的同类产品。

A kind of magnesium alloy material and preparation method in Department of orthopedics

A kind of magnesium alloy material in the Department of orthopedics is characterized by: the chemical composition of the weight percentage is: Zn 1.5, 3%, 0.6, 1.1%, Ca0.3, 0.3, 0.45%, Sn 0.5, 0.85%, Li 1, 1.8%, Cr 2.5, Mo 1.3, Sc+La+Y:0.01, Ti And the inevitable impurity elements. The magnesium alloy of the invention has a yield strength of more than 380MPa, a tensile strength of more than 420MPa, an elongation of more than 18.8%, and a bactericidal rate of more than 92%, which is obviously higher than that of other products lacking alloy elements, obviously higher than that of similar products without surface coating treatment.

【技术实现步骤摘要】
一种骨科植入镁合金材料及制备方法
本专利技术属于合金领域，特别提供一种骨科植入镁合金材料。
技术介绍
在医用骨修复和骨植入材料中，不锈钢、钛钛合金因其优良的力学性能、生物相容性和耐腐蚀性能成为应用广泛的材料。但是，不锈钢和钛合金的力学性能与骨组织不匹配，特别是弹性模量，例如：不锈钢的弹性模量约为200GPa，钛合金的弹性模量约为100GPa，而骨组织的弹性模量约为10-40GPa。因此，植入体承担了几乎全部载荷。这样在使用过程中会造成“应力屏蔽”，导致植入体周围的骨组织出现萎缩或疏松现象。同时，不锈钢和钛合金骨钉、骨板等植入体在骨组织痊愈后，需要后续的手术将其从人体中取出，增加了患者的痛苦和经济负担。目前，临床应用的血管支架以不锈钢和NiTi合金为主要的制备材料。这些血管支架除了存在Ni溶出可能引起毒副作用的缺点外，还存在血管再狭窄和血栓(约为20％)、血管内膜增生、慢性炎症、抗血小板治疗时间长(需要长期服药治疗)、(植入支架的血管)无法适应血管的自然生长、出现意外时无法进行外科血管再造术(二次手术)、长期的内皮机能紊乱、后续的监测困难。研究和开发高强韧且可以在体内降解的医用材料，成为该领域中的重要发展方向。可降解高分子材料可以在体内降解，但是其力学性能偏低，例如其弹性模量约为3-5GPa，应用于骨植入体时，无法应用于承力部位；应用于血管支架，存在严重的回弹，无法达到支撑血管的作用，而且高分子降解后产生酸积累，引起肌体组织炎症。镁合金的弹性模量约为40GPa，与骨组织非常接近，可以有效地减轻不锈钢或钛合金植入材料造成的“应力屏蔽”现象。同时，镁合金的具有较高的抗拉强度，可以承受较大的载荷，应用于骨组织承载部位，也可以应用于血管支架，起到支撑血管的作用。镁是人体内仅次于钾的细胞内正离子，它参与体内一系列新陈代谢过程，包括骨细胞的形成和加速骨愈合能力等。有证据证明，镁的损耗反过来可以引起骨组织停止生长，降低造骨细胞和破骨细胞的活性和导致骨质脆弱。镁还与神经、肌肉及心脏功能关系密切。美国建议成年男子每日需摄入的镁量为420mg。因此，用镁及镁合金作为医用植入材料，其腐蚀溶解的镁离子对人体的微量释放还是有益的。另外，镁及镁合金的标准电极电位较低(-2.36VSCE)，不耐腐蚀，特别是在含有Cl-1离子的人体体液中容易腐蚀降解。所以，镁及镁合金成为新一代可降解植入材料。镁及镁合金作为骨植入材料的研究起始于上世纪的30-40年代。尽管临床应用已经证明，镁合金具有非常好的生物相容性，但是由于镁和镁合金在人体中腐蚀降解的太快，会产生氢气，限制了镁合金作为植入材料的应用。尽管高纯度镁(比如99.99％高纯镁)具有好的耐NaCl腐蚀性能，但是其力学性能不到65MPa，不及骨组织的力学性能，也不及聚合物，无法应用于承力骨修复和血管支架。因此，在降低镁合金在体液中的腐蚀降解速度的同时，提高镁合金的强度韧性成为镁合金应用于医用材料的关键。众所周知，合金的腐蚀性能取决于合金成分和腐蚀环境。提高合金的纯度，降低合金中有害杂质元素，如Ni、Cu、Fe，可以有效地降低镁合金的腐蚀速度。对镁合金进行合金化处理也是提高合金强度和改善抗腐蚀性能有效的方法。在镁合金中加入铝元素进行合金化，不仅可以提高合金的力学性能，同时也可以提高其耐腐蚀性能。例如：耐腐蚀性能最好的AZ91E合金具有与A380铝合金相当的耐腐蚀性能，而且热处理后抗拉强度达到250MPa，可满足力学性能的要求。但是，对医用钛合金的研究已经表明，铝元素会对人体健康产生危害。因此，含有铝的镁合金对人体是不安全的。所以，有必要发展既具有良好生物相容性，又具有好的耐腐蚀性能，而且还有足够强度的镁合金。
技术实现思路
本专利技术在传统生物医用镁合金基础上，研发出一种骨科植入镁合金材料，该合金具有优良的力学性能和耐蚀性能，在确保生物相容性的基础上，降低了合金的成本，具有重要的社会和经济意义。本专利技术具体提供了一种骨科植入镁合金材料，其特征在于：按重量百分比计化学成分为：Zn1.5-3％，Mn0.6-1.1％、Ca0.3-0.8％、Si0.3-0.45％、Sn0.5-0.85％、Li1-1.8％、Cr2.5-3.5％、Mo1.3-1.4％、Sc+La+Y：0.01-0.08％、Ti0.5-0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。优选的是一种骨科植入镁合金材料，其特征在于：按重量百分比计化学成分为：Zn2-2.5％，Mn1-1.1％、Ca0.5-0.55％、Si0.35-0.4％、Sn0.55-0.75％、Li1.5-1.6％、Cr2.8-3％、Mo1.3-1.35％、Sc+La+Y：0.01-0.05％、Ti0.6-0.65％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。优选的是一种骨科植入镁合金材料，其特征在于：按重量百分比计化学成分为：Zn1.5％，Mn0.6％、Ca0.3％、Si0.3％、Sn0.5％、Li1％、Cr2.5％、Mo1.3％、Sc+La+Y：0.01％、Ti0.5％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。优选的是一种骨科植入镁合金材料，其特征在于：按重量百分比计化学成分为：Zn3％，Mn1.1％、Ca0.8％、Si0.45％、Sn0.85％、Li1.8％、Cr3.5％、Mo1.4％、Sc+La+Y：0.08％、Ti0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。优选的是所述的骨科植入镁合金材料，其中Sc、La、Ce质量比为7∶2∶1。本专利技术还提供了一种骨科植入镁合金材料，所述的骨科植入镁合金材料的制备方法，(1)配料：针对镁合金所需的成分设计，先进行配料，选用Mg-Zn中间合金，Mg-Zn中间合金中Mg∶Zn质量比为0.8-0.82∶1；选用Mg-Sn中间合金，Mg∶Sn质量比为0.085-0.087∶1；选用Mg-Si中间合金，其中Mg∶Si质量比为48-49∶1，其他低熔点元素以纯度为99.99％的金属单质形式和/或低熔点中间合金的形式加入；(2)合金熔炼：在100-150℃的容器内预热合金铸锭/粉，之后将其移入真空电弧炉中，抽真空到10-3-10-4Pa，前期功率以100KW/min逐渐增加到800KW，保持温度400-450℃，保持1-3min，后期功率以200KW/min逐渐增加到1800KW，熔炼温度为650℃～720℃，在此温度下熔炼时间为12～15min，使合金材料完全熔炼；(3)将步骤(2)得到的合金熔体浇铸成为长100-110cm、宽50-60cm，厚度为10-20cm的铸锭；(4)将铸锭在300～450℃保持时间为10-18小时，随后在550～560℃保持时间为2-3小时；(5)将步骤(4)处理后的铸锭进行轧制，粗轧开坯温度为455-475℃，道次压下量18-25％；中轧温度为410-420℃，道次压下量40-45％；精轧温度为300-310℃，道次压下量12-15％，得到镁合金板坯半成品；(6)镁合金板坯半成品表面涂覆处理，将步骤(5)经过热处理制备的镁合金成品放入由含氢含氟的酸性溶液中制成的沉积液中进行第一层处理，第一层的厚度范围为1μm～5μm，之后再将涂覆第一层后的合金进行雾化喷涂含氟羟基磷灰石的第二层处理，第二层处理完成后，自然干燥或在30～50℃烘箱内干燥4～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种骨科植入镁合金材料，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。

【技术特征摘要】
1.一种骨科植入镁合金材料，其特征在于：按重量百分比计化学成分为：Zn1.5-3％，Mn0.6-1.1％、Ca0.3-0.8％、Si0.3-0.45％、Sn0.5-0.85％、Li1-1.8％、Cr2.5-3.5％、Mo1.3-1.4％、Sc+La+Y：0.01-0.08％、Ti0.5-0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。2.一种骨科植入镁合金材料，其特征在于：按重量百分比计化学成分为：Zn2-2.5％，Mn1-1.1％、Ca0.5-0.55％、Si0.35-0.4％、Sn0.55-0.75％、Li1.5-1.6％、Cr2.8-3％、Mo1.3-1.35％、Sc+La+Y：0.01-0.05％、Ti0.6-0.65％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。3.一种骨科植入镁合金材料，其特征在于：按重量百分比计化学成分为：Zn1.5％，Mn0.6％、Ca0.3％、Si0.3％、Sn0.5％、Li1％、Cr2.5％、Mo1.3％、Sc+La+Y：0.01％、Ti0.5％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。4.一种骨科植入镁合金材料，其特征在于：按重量百分比计化学成分为：Zn3％，Mn1.1％、Ca0.8％、Si0.45％、Sn0.85％、Li1.8％、Cr3.5％、Mo1.4％、Sc+La+Y：0.08％、Ti0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。5.如权利要求1-4任一项所述的骨科植入镁合金材料，其中Sc、La、Y质量比为7∶2∶1。6.如权利要求1-5任一项所述的骨科植入镁合金材料的制备方法，具体如下：(1)配料：针对镁合金所需的成分设计，先进行配料，选用Mg-Zn中间合金，Mg-Zn中间合金中Mg∶Zn质量比为0.8-0.82∶1；选用Mg-Sn中间合金，Mg∶Sn质量比为0.085-0.087∶1；选用Mg-Si中间合金，其中Mg∶Si质量比为48-49∶1，其他低熔点元素以纯度为99.99％的金属单质形式和/或低熔点中间合金的形式加入；(2)合金熔炼：在100-150℃的容器内预热合金铸锭/粉，之后将其移入真空电弧炉中，抽真空到10-3-10-4Pa，前期功率以100KW/min逐渐增加到800KW，保持温度400-450℃，保持1-3min，后期功率以200KW/min逐渐增加到1800KW，熔炼温度为650℃～720℃，在此...

【专利技术属性】
技术研发人员：王甲林，
申请(专利权)人：王甲林，
类型：发明
国别省市：山东,37