一种生物医用可降解锌合金内植入材料及其板材制备方法技术

一种生物医用可降解锌合金内植入材料及其制备方法，属于锌合金生物医用材料制备领域；材料的含有成分及质量百分比为：Al：1～5％，Mg：0.01～3％，Ca：0.05～3％，Zr：0.05～0.2％，余量为Zn和不可避免的杂质；方法：通过合金元素细化晶粒、强化锌合金，采用适当的热处理工艺调控锌合金微观组织；通过轧制变形及热处理进一步实现合金强度和韧性的提高。本发明专利技术制备抗拉强度100～200Mpa，延伸率45～80％，室温冲击韧性大于100J/cm2的高延伸率中等强度锌合金及抗拉强度280～430Mpa，断裂延伸率8～20％，室温冲击韧性75～100J/cm2高强度中等延伸率锌合金。本发明专利技术所述锌合金可用于可降解的医疗植入体，尤其是血管支架、骨科植入体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锌合金生物医用材料制备领域，具体涉及一种生物医用可降解锌合金内植入材料及其板材制备方法。
技术介绍
目前，临床应用较广泛的金属植入材料，主要包括纯金属、不锈钢、钛合金、钴基合金、形状记忆合金、贵金属等；这些材料都具有较好的耐腐蚀性能，植入人体后能够长期保持稳定；但是也带来了一些问题，例如需要二次手术取出；合金元素释放给人体带来潜在危害等不良影响。为了避免上述植入材料引起的问题，提出了使用可降解植入材料的技术。目前临床上广泛研究和应用的可降解金属植入材料主要包括两大类：镁与镁合金、铁与铁合金。但这些可降解材料仍然存在明显的缺陷：镁和镁合金最大的问题在于其降解速度过快并且降解过程中产生大量氢气，影响其生物相容性和在使用过程中的力学性能；而铁和铁合金降解速度又过慢，会引发一系列与生物惰性材料类似的不良反应。金属锌的化学活性介于镁和铁之间，所以其腐蚀速率有望能够介于二者之间，从而可以制备降解速率适当的材料[文献Patrick K.Bowen et al,Zinc Exhibits Ideal Physiological Corrosion Behavior for Bioabsorbable Stents，Advanced Materials 25(2013)2577-2582]。此外锌是人体必须的微量元素之一，成人体内的锌含量为1.4～2.3g，健康成人每天锌的膳食许可量为15～40mg，因此锌作为可降解植入材料在降解速率的控制与生物安全性方面有一定的优势。但是纯锌的力学性能较差，铸造纯Zn的抗拉强度和延伸率仅为20Mpa和0.2％，Vickers硬度仅37，无法满足植入材料的要求。基于上述问题，需要一种具有优异力学性能的可降解高强韧锌合金及其制备方法，以便开发新型可降解高强韧医用锌合金生物材料。
技术实现思路
本专利技术针对现有材料存在的上述不足，提供一种生物医用可降解高强韧锌合金内植入材料及其板材制备方法，本专利技术制备出了兼具高强度和高韧性、满意的耐蚀性能和良好生物相容性的可降解医用合金材料。本专利技术的生物医用可降解锌合金内植入材料，含有成分及质量百分比为：Al：1～5％，Mg：0.01～3％，Ca：0.05～3％，Zr：0.05～0.2％，余量为Zn和不可避免的杂质。本专利技术的生物医用可降解锌合金内植入材料，杂质的质量百分含量≤0.5％。杂质可能为Fe、Cu或Mn等。本专利技术的生物医用可降解锌合金内植入材料制成的板材，其抗拉强度为100～200Mpa的锌合金，延伸率为45～80％，室温冲击韧性大于100J/cm2；其抗拉强度280～430Mpa的锌合金，延伸率8～20％，室温冲击韧性75～100J/cm2。本专利技术的生物医用可降解锌合金内植入材料制成的板材，其在模拟体液中的腐蚀速率为0.15～0.45mm/year；本专利技术的生物医用可降解锌合金内植入材料，为板材、箔材或棒材。本专利技术的生物医用可降解锌合金内植入材料的板材制备方法，包括以下步骤：步骤1，按生物医用可降解锌合金内植入材料的组成，熔炼获得合金铸锭；步骤2，均匀化处理：(1)将合金铸锭，在320～360℃，保温时间10～12h；(2)将保温后的合金铸锭，水冷至室温，获得合金锭坯；步骤3，轧制：(1)将合金锭坯150～250℃，保温20～30min；(2)将保温后的合金锭坯进行10～15道次轧制，获得轧制板；其中，轧制温度为室温，单道次变形的道次压下率为10～15％，总压下量50～80％，每两道轧制之间进行一次中间退火：退火温度为150～250℃，退火时间为5～10min；(3)将轧制板，立即水冷至室温，获得生物医用可降解高强韧锌合金内植入材料板材。其中：所述的步骤1的操作为：(1)按生物医用可降解高强韧锌合金内植入材料的组成，称取金属锌、金属铝、金属镁、金属钙和金属锆，备用；(2)将金属锌加热至440～460℃，待金属锌熔化后升温至490～510℃，依次加入预热的金属铝和金属锆，然后加入金属钙和金属镁，待全部金属熔化后，降温至440～460℃。(3)向合金熔体中加入除气剂，搅拌，在440～460℃静置15～30min，浇铸获得合金铸锭。所述的步骤1，熔炼和除气在高纯石墨坩埚中进行；加热设备为电阻炉；浇铸至水冷铜模获得合金铸锭。所述的步骤1(1)中，为获得兼具高强度和高韧性和满意的生物腐蚀性能，严格控制Fe、Cu,和Mn等杂质的含量：金属铝的纯度≥99.99％，金属镁的纯度≥99.99％，金属钙的纯度≥99.99％，金属锌的纯度≥99.999％。所述的步骤1(2)中，升温速率为3～5℃/min，降温速度为3～5℃/min。所述的步骤1(2)中，金属铝和金属锆的预热温度均为450～550℃。所述的步骤1(2)中，用石墨钟罩向合金熔体中压入金属钙和金属镁。所述的步骤1(3)中，除气剂为六氯乙烷；用石墨钟罩向合金熔体中压入六氯乙烷，其中，按质量比，六氯乙烷：合金熔体＝0.3～0.7％。本专利技术的生物医用可降解锌合金内植入材料及其板材制备方法，与现有技术先比，本专利技术的优点及有益效果是：(1)医用生物可降解锌合金中锌、镁、钙均为人体本身含有的元素，而且微量的铝对人体是无害的，并且合金可在人体内自然降解，让患者避免了二次手术带来的痛苦。(2)根据不同用途对材料性能的要求，通过调整成分配比、配合合适的轧制及热处理工艺，可以获得具有相应力学性能的医用生物可降解锌合金板材、箔材或棒材。并且通过本专利技术制备方法获得的医用生物可降解锌合金兼具高强度和高韧性，可提供更长时间的力学支撑，避免植入体内的血管内支架或骨科内植物提前失效。(3)本专利技术的生物医用可降解锌合金内植入材料，在模拟体液中的腐蚀速率为0.15～0.45mm/year，满足内植入材料对腐蚀速率的要求。并且该材料无明显的细胞毒性，血液相容性好，可满足内植入材料对生物相容性的要求。(4)本专利技术的生物医用可降解锌合金内植入材料，应用于于可降解的医疗植入体，尤其是血管支架、骨科植入体。附图说明图1本专利技术实施例1中生物医用可降解锌合金的金相组织；图2本专利技术实施例1中均匀化生物医用可降解锌合金的的金相组织；图3本专利技术实施例1中轧制变形后生物医用可降解锌合金板材的金相组织；图4本专利技术实施例1中轧制变形生物医用可降解锌合金板材的拉伸应力应变曲线；图5本专利技术实施例2中铸态生物医用可降解锌合金的金相组织；图6本专利技术实施例2中均匀化生物医用可降解锌合金的金相组织；图7本专利技术实施例2中轧制变形后生物医用可降解锌合金板材的金相组织；图8本专利技术实施例2中轧制变形生物医用可降解锌合金板材的拉伸应力应变曲线；图9本专利技术实施例3中铸态生物医用可降解锌合金的金相组织；图10本专利技术实施例3中均匀化生物医用可降解锌合金的金相组织；图11本专利技术实施例3中轧制变形后生物医用可降解锌合金板材的金相组织；图12本专利技术实施例3中轧制变形生物医用可降解锌合金板材的拉伸应力应变曲线；图13本专利技术实施例4中铸态生物医用可降解锌合金的金相组织；图14本专利技术实施例4中均匀化生物医用可降解锌合金的金相组织；图15本专利技术实施例4中轧制变形后生物医用可降解锌合金板材的金相组织；图16本专利技术实施例4中轧制变形生物医用可降解锌合金板材的拉伸应力应变曲线；图17本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物医用可降解锌合金内植入材料，其特征在于，含有成分及质量百分比为：Al：1～5％，Mg：0.01～3％，Ca：0.05～3％，Zr：0.05～0.2％，余量为Zn和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种生物医用可降解锌合金内植入材料，其特征在于，含有成分及质量百分比为：Al：1～5％，Mg：0.01～3％，Ca：0.05～3％，Zr：0.05～0.2％，余量为Zn和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金内植入材料，其特征在于，所述的抗拉强度为100～200Mpa的锌合金板材，延伸率为45～80％，室温冲击韧性大于100J/cm2；所述的抗拉强度280～430Mpa的锌合金板材，延伸率8～20％，室温冲击韧性75～100J/cm2。3.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金内植入材料，其特征在于，所述的锌合金板材在模拟体液中的腐蚀速率为0.15～0.45mm/year。4.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金内植入材料，其特征在于，所述材料为为板材、箔材或棒材。5.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金内植入材料的板材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，按生物医用可降解锌合金内植入材料的组成，熔炼获得合金铸锭；步骤2，均匀化处理：(1)将合金铸锭，在320～360℃，保温时间10～12h；(2)将保温后的合金铸锭，水冷至室温，获得合金锭坯；步骤3，轧制：(1)将合金锭坯150～250℃，保温20～30min；(2)将保温后的合金锭坯进行10～15道次轧制，获得轧制板；其中，轧制温度为室温，单道次变形的道次压下率为10～15％，总压下量50～80％，每两道轧制之间进行一次中间退火：退火温度为150～250℃，退火时间为5～10min；(3)将轧制板，立即水冷至室温，获得生物医用可降...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆永亮，祖国胤，史建超，乔爱科，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21