本发明专利技术的实施例提供了一种高强韧耐蚀镁合金及制备方法。本发明专利技术的实施例解决了现有技术中镁合金在室温下的变形能力较差,用于制备支架时塑性加工困难的问题,实现了合金理想支撑效果的同时,还能够在体内均匀降解,同时具有更好的耐腐蚀性能,不仅腐蚀速率明显降低,且腐蚀较为均匀。
A High Strength, Toughness and Corrosion Resistance Magnesium Alloy and Its Preparation Method
【技术实现步骤摘要】
一种高强韧耐蚀镁合金及其制备方法
本专利技术属于材料制备
,具体涉及一种高强韧耐蚀镁合金及其制备方法。
技术介绍
根据世界卫生组织的调查报告显示,每年约有近1800万人死于心血管疾病,预计到2030年,这一数字将会增至2400万。由此可见,心血管疾病已经成为全球主要的致死病症,而血管支架植入术是针对心血管疾病的一种最为有效的临床治疗方法。目前临床上使用的血管支架主要是由316L不锈钢、镍钛合金和钴铬合金等惰性金属材料制成,此类材料制备的支架植入后可为病变部位血管提供良好的力学支撑,避免了血管的弹性回缩,降低了血管的再狭窄率。但是这些惰性金属支架在植入后作为异物,会导致血管内膜过度增生,不仅会造成血管再狭窄和晚期血栓的发生,而且还需要进行长期的抗血小板治疗。近年来药物洗脱支架的应用使血管的再狭窄率降到了10%左右,但是当药物释放完毕后,支架本体仍然永久存留于人体内,作为异物的支架与血管组织之间在力学性质上存在很大差异,会引起血管的慢性损伤,后期还会造成血管中层萎缩、内膜增生,最终还会导致血管的再狭窄,为解决以上问题,研发人员开发了可降解的血管支架。现有技术中,取得注册证或进入临床试验的可降解血管支架主要有两类:一类是聚合物支架;一类是镁合金支架。聚合物支架存在力学性能偏低,体内降解产物易引发炎症和肿胀等问题。根据大量临床数据显示,患者在植入聚合物支架后晚期再狭窄情况出现的几率高达28%,这会给患者造成极大的术后风险。而与聚合物支架相比,镁合金支架具备以下优势:(1)植入人体后能完全降解。一般镁合金支架在植入后4个月内可以完全降解并被人体吸收。镁合金支架的这一特性不仅能在一定程度上改善血管的顺应性和自然性,而且亦可在血管的同一病变处进行支架的再次植入,并且不会造成支架的重叠现象,尤其适用于婴幼儿的心血管疾病治疗;(2)良好的生物相容性。由于镁是人体内必须的重要营养元素,在机体内参与所有的生理代谢过程,因此在镁合金支架降解过程中释放出的少量镁离子不仅可以为人体补充镁元素,而且还能保证人体正常生理机能对镁元素的需求;(3)由于镁合金支架可以在人体内完全降解并被吸收,因此支架植入后的随访能进行无创检查;(4)具有适当的支撑强度。镁合金作为血管支架材料不存在聚合物材料的支撑强度不足等力学性能问题,可以通过合金成分设计和制备工艺调整使得血管支架具有适当的支撑强度。本申请专利技术人在实现本专利技术实施例技术方案的过程中,发现用于制备支架的镁合金至少还存在如下问题:即由于镁是一种密排六方晶体结构的金属,因此在室温下独立滑移系较少,只存在基面滑移,因此镁合金在室温下的变形能力较差,塑性加工困难。
技术实现思路
本专利技术实施例通过提供一种高强韧耐蚀镁合金,该合金中含有Zn1.0~8.0%,Nd0.1~5.0%,Ca0.1~5.0%,Zr0.1~4.0%和余量Mg,解决了现有技术中镁合金在室温下的变形能力较差,用于制备支架时塑性加工困难的问题,实现了合金理想支撑效果的同时,还能够在体内均匀降解,同时具有更好的耐腐蚀性能,且腐蚀较为均匀,腐蚀速率低至0.18mm/year。一方面,本专利技术实施例提供了一种高强韧耐蚀镁合金,包括以下质量百分比计的组分:Zn1.0~8.0%,Nd0.1~5.0%,Ca0.1~5.0%,Zr0.1~4.0%,余量为Mg,所述高强韧耐蚀镁合金中杂质元素的总量<0.05%。其中,杂质元素指除Mg、Zn、Nd、Ca、Zr以外的元素,本专利技术通过严格控制Fe、Cu、Ni等杂质元素的含量,使镁合金具有更佳的综合力学性能和生物学腐蚀性能。杂质元素的总量<0.05%范围最为适宜,平衡了制造成本和合金性能,如果将杂质元素的总量控制在更低的范围,比如杂质元素的总量<0.02%甚至<0.01%,将会增加制备难度,同时大幅提升制造成本。Zn是人体必须的营养元素,不但可以增强人体的免疫功能,维持机体的生长和发育,而且还能够进入内皮细胞,降低血管对动脉粥样硬化的易感性。从镁合金的力学性能角度来看,Zn对镁合金有固溶强化的作用,同时可以有效促进室温下镁合金非基面滑移的发生,提高镁合金的塑性加工能力。此外加入Zn能使镁合金的局部腐蚀倾向变小,从而有效提高镁合金的耐腐蚀性能。Nd的加入可使镁合金具有良好的时效析出强化和固溶强化的效果,同时Nd还可大幅度提高镁合金基体的电极电位,减小基体与第二相的电偶腐蚀的电位差,从而显著提高镁合金的耐蚀性能。此外Nd属于一种轻稀土元素,具有较好的生物安全性,加入适量Nd元素对人体无害,并且具有抗癌作用,同时Nd能够提高镁合金材料的抗凝血功能。Ca的加入可以细化镁合金晶粒,达到细晶组织强化的作用,显著提高镁合金的成型性和强度。Ca在镁合金的熔炼过程中还可以抑制合金熔液的氧化,减少铸锭内部缺陷。Ca还能够降低镁合金的微电池效应,提高镁合金的耐腐蚀能力。人体内的Ca有约99%存在于骨髓和牙齿中,其余主要分布于体液内,以参与某些重要的酶反应。Ca在维持心脏正常收缩、神经肌肉兴奋性和保持细胞膜完整性等方面起着重要作用。在合金熔炼过程中加入纯Ca,可以使其在最大程度上固溶到合金中,极大的提高了Ca在镁合金中的固溶度和收得率,不但对合金铸态组织有显著的细化作用,而且还能在熔炼过程中抑制合金液的氧化,减少铸锭的内部缺陷。若通过Mg-Ca中间合金加入Ca元素,会在熔炼过程中由于Mg-Ca中间合金本身含有的较多杂质,而导致最后获得的铸锭中产生较多缺陷,大幅降低镁合金铸锭的相关性能。Zr是目前最为有效的晶粒细化剂,有很强的晶粒组织细化作用。此外Zr有较强的固溶强化作用,可大幅度提高镁合金的强度,能够明显改善室温下镁合金的抗拉强度,提高耐蚀性和降低应力腐蚀敏感性。在含Zn的镁合金中加入Zr,可减少镁合金的脆化倾向,并可减少镁合金中Fe、Al、Si等杂质的含量。Zr加入镁合金中能够提高基体的腐蚀电位,使之与第二相的腐蚀电位更接近,从而达到降解速度更为均匀的效果。并可使镁的降解速度更均匀。经国内外大量研究表明Zr在镁合金中适量添加无细胞毒性。本专利技术的技术方案中,不含Mn元素。Mn元素的加入会使得镁合金的耐蚀性能降低,降解速率过快,且容易出现局部降解不均匀的问题。同时,Mn元素的加入会导致合金的延展性不好,塑性加工难度较大,使得二次成型不易实现。本专利技术的技术方案中,不含重稀土元素Gd。Gd元素在体内的累积表现为毒性作用,不利于提高镁合金的生物相容性。本专利技术的技术方案中,不含Ag元素。一方面,Ag元素价格昂贵;另一方面,加入Ag元素后,会使保存和熔炼条件较为苛刻,从而使成本增加。相比于现有技术中的镁合金,本专利技术技术方案的高强韧耐蚀镁合金无毒、可完全降解、高强韧、耐蚀性能好,完全适用于制备血管支架。优选地,所述高强韧耐蚀镁合金包括以下质量百分比计的组分:Zn1.0~8.0%,Nd0.1~5.0%,Ca0.1~5.0%,Zr0.1~4.0%,余量为Mg。进一步优选地,所述高强韧耐蚀镁合金包括以下质量百分比计的组分:Zn2.0~5.0%,Nd1.0~4.0%,Ca1.0~4.0%,Zr1.0~3.0%,余量为Mg。另一方面,本专利技术实施例提供了上述高强韧耐蚀镁合金的制备方法,步骤包括:(1)按配比称取纯Zn、纯Ca本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强韧耐蚀镁合金,其特征在于,包括以下质量百分比计的组分:Zn 1.0~8.0%,Nd 0.1~5.0%,Ca 0.1~5.0%,Zr 0.1~4.0%,余量为Mg,所述高强韧耐蚀镁合金中杂质元素的总量<0.05%。
【技术特征摘要】
1.一种高强韧耐蚀镁合金,其特征在于,包括以下质量百分比计的组分:Zn1.0~8.0%,Nd0.1~5.0%,Ca0.1~5.0%,Zr0.1~4.0%,余量为Mg,所述高强韧耐蚀镁合金中杂质元素的总量<0.05%。2.根据权利要求1所述的高强韧耐蚀镁合金,其特征在于,所述高强韧耐蚀镁合金包括以下质量百分比计的组分:Zn2.0~5.0%,Nd1.0~4.0%,Ca1.0~4.0%,Zr1.0~3.0%,余量为Mg。3.根据权利要求1或2所述的高强韧耐蚀镁合金的制备方法,其特征在于,步骤包括:(1)按配比称取纯Zn、纯Ca、Mg-Nd中间合金、Mg-Zr中间合金以及纯Mg后真空熔炼,得预制合金液;(2)将步骤(1)所得预制合金液升温并保温后,降温静置;(3)将步骤(2)处理后的合金液铸造成型,即得所述高强韧耐蚀镁合金。4.根据权利要求3所述的高强韧耐蚀镁合金的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述真空熔炼的温度为700~760℃。5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员:马国睿,吴锋,
申请(专利权)人:珠海中科先进技术研究院有限公司,
类型:发明
国别省市:广东,44
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