本发明专利技术属于生物医用材料领域，特别是氧化镍‑碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料。由镁合金基体材料粉末和氧化钛‑碳化钛晶须的粉末组成，采用机械混合法使镁合金基体粉末与氧化钛‑碳化钛晶须粉末均匀混合，混合粉末冷压实后真空加热除气后真空烧结，热压锭通过等通道变形获得氧化钛‑碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料。本发明专利技术因原位生成氧化镍‑碳化钛晶须增韧镁合金的韧性、耐磨性、强度显著提高，尤其适合于生物医用材料，还可应用于要求高强度和高耐磨性的零部件，如高端跑车镁合金轮毂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医用材料领域，特别是氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料。
技术介绍
目前，临床应用的生物医用材料，如骨骼植入物、心脏支架等多采用不锈钢及钛合金，不锈钢及钛合金具有良好的生物相容性、耐腐蚀性能和力学性能，因此不锈钢及钛合金的应用非常广泛，在临床医学界得到认可。对于不锈钢和钛合金等现有金属骨骼植入材料，存在着与生物骨的力学相容性差的问题。不锈钢、钛合金等材料的抗拉强度比天然骨骼高5.3倍以上，弹性模量更是高11倍以上。不锈钢、钛合金等骨骼植入物对人体局部骨组织产生很大的“应力遮挡”效应,可诱发遮挡性骨质缺失。导致人体骨骼植入物与周围的原有生物骨脆弱化、人体骨骼植入物周围的新生骨生长不良以及人体骨骼植入物与生物骨之间因应力集中引发炎症。开发新型的力学与生物相容性更理想的生物医用材料十分必要。同时，人体骨骼植入物的手术取出，增加了医疗者的痛苦、时间和费用，因此，研究和开发高强韧且可以在生物体内降解的医用材料是目前医疗领域发展的重要方向之一。而镁合金的弹性模量（45GPa）更接近人骨的弹性模量(20GPa)，能有效降低“应力遮挡效应”，促进骨的愈合。同时镁合金具有一定的韧性、是人体的有益元素，因此采用高强韧镁合金作为医用可降解生物材料是可行的，但是目前镁合金多为镁铝合金，其中铝是对人体有害金属，因此限制了镁铝合金在人体中的应用，因此，开发新型的高强韧镁合金生物医学材料十分必要。基于上述目的，本专利技术开发一种不含铝、耐腐蚀的高强韧镁合金生物医学材料，采用在新型的镁合金中氧化钛-碳化钛晶须来增韧镁合金材料的强度、良好的韧性和硬度的方法。本专利技术的镁合金基体材料的化学成分及重量百分比为：C：0～0.8％，Nd：1 ～ 4％，Mn ：0 ～ 0.8％，Zn： 0.1～1.0％，Zr：0.3～0.8％，其余为Mg。目前我国现有的镁合金材料在专利101837145A中，经研究、分析表明均有像Ag等贵金属元素添加，但是使用性能提高有限。因此，在本专利技术中通过氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料的目的。
技术实现思路
本专利技术专利的目的是：在于克服上述现有技术不足，提供一种加工工艺稳定、生产成本低廉、无污染排放、可在常规条件下组织生产的氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料，较传统的不锈钢、钛合金等生物医学材料具有更好的生物相容性，较常规镁合金生物医学材料的韧性大幅提升。本专利技术提供了一种氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料，其特征在于：该材料沿挤压流线形成定向排列的氧化钛-碳化钛晶须和镁合金基体材料组成，晶须直径为200-800nm，原位增强相的体积总量在0.05-0.10。本专利技术是通过以下技术方案如下：氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料粉末由镁合金基体材料粉末和氧化钛-碳化钛晶须粉末组成，然后采用机械混合法使镁合金基体粉末与氧化钛-碳化钛晶须粉末均匀混合，混合粉末冷压实后在10-6托真空条件下逐步加热除气，然后在500-600℃，50-200Mpa条件下真空烧结1-4小时，热压锭在300-400℃通过模具通道拐角为90o的等通道弯角挤压（ECAP）变形。测试表明所获得的氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料具有高强韧性。方案所需材料按如下具体步骤制备：（1）氧化钛-碳化钛晶须的制备：氧化钛-碳化钛晶须粉末的制备工艺为：氧化钛-碳化钛晶须前驱体材料化学成分为：TiO2，C，Mn，NaCl，其质量配比为：（45.4～48.2）：（45.6～50.8）：（0.1～0.9）：（1.0～8.1）。将按比例配制的能够生成氧化钛-碳化钛晶须的先驱体复合粉末加无水乙醇于球磨机中进行机械化球磨24小时，获得具有200-800nm晶粒尺寸超细先驱体复合粉末，将粉末装入石墨容器中，在氩气气氛保护和1300℃-1600℃的温度条件下，保温90min-180min合成。TiO2+3C=（加热）TiC+2CO↑（2）镁合金基体材料粉末制备：镁合金基体材料的化学成分及重量百分比为：C：0～0.8％，Nd：1 ～ 4％，Mn：0 ～ 0.8％，Zn：0.1～1.0％，Zr：0.3～0.8％，其余为Mg。本专利技术为获得最佳的综合力学性能和生物学腐蚀性能，进一步将合金的各组分重量百分比限制为C：0～0.2％，Nd：3 ～ 3.5％，Mn：0.2～ 0.6％，Zn： 0.1～0.4％，Zr：0.6～0.8％，其余为Mg。将按比例配制的镁合金粉末加无水乙醇于球磨机中进行机械化球磨24小时，获得具有50-150μm晶粒尺寸超细粉末。本专利技术为获得最佳的综合力学性能和生物学腐蚀性能，严格控制Fe、Cu、Al 等杂质的含量：Mg 的纯净度大于等于99.99％ ；Zn 的纯净度大于等于99.999％ ；除Mg、Nd、Mn、Zn、Zr 以外的夹杂元素总量不大于0.3％。（3）氧化钛-碳化钛晶须与镁合金基体材料混合粉末：氧化钛-碳化钛在镁合金生物医用材料中的重量含量为5-10%，将氧化钛-碳化钛晶须与镁合金基体材料按重量百分比为（5-10）:（95-90）的比例配制为氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料粉末。本专利技术中基体合金化元素的作用分别如下：Nd 的加入可以保障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的加入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。Zn 是对细胞生长发育有重要影响的元素，是人体必须的微量营养元素，Zn 的加入可提高合金的强度，同时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。Mn的加入是构成正常骨骼时所必要的物质，有多方面的作用，是人类必需的微量元素，地球上一切生命的生物学功能都与锰元素紧密相关。Zr作为晶粒细化剂，可显著细化晶粒，进一步提高合金的强韧性、耐蚀性。该原位生成氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料无需专用设备（无需采用真空熔炼炉、高温高压等设备），在常规镁合金厂即可组织生产，本专利技术投资少，见效快，能快速收回投资成本。与现有铸造医用镁合金技术相比，原位生成氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金的制备方法具有如下优点：（1）韧性、耐磨性、强度显著提高，间隔2小时挤压试样的力学性能差小于6%，这将有利于大批量、小尺寸口腔医学材料的稳定生产。增强颗粒尺寸细小，分布均匀，组织稳定性高，与在镁合金基体结合良好。材料的室温韧性、硬度和耐磨性能显著提高，尤其适合于人体骨骼植入物等医学材料的应用，还可应用于要求高强度和高耐磨性的零部件，如高端跑车镁合金轮毂。（2）合金组织稳定性好，不会分解有毒气体或有毒溶解物，对顾客的身体健康有好处，本专利技术因增强颗粒是与镁合金颗粒在真空中原位反应生成，生产的工艺稳定性高。具体实施方式下面给出本专利技术的最佳实施例：按镁合金基体材料的化学成分及重量百分比为：C：0.2％，Nd：3％，Mn ：0.5％，Zn： 0.4％，Zr：0.7％，其余为Mg：95.2％的比例配制镁合金基体材料，将按比例配制的镁合金粉末加无水乙醇于球磨机中进行机械化球磨24小时，获得具有50-150μm晶粒尺寸超细粉末。将氧化钛-碳化钛晶须前驱体材料化学成分为：TiO2，C，Mn，NaCl本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化钛‑碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料，其特征是由镁合金基体材料粉末和氧化钛‑碳化钛晶须的粉末组成，采用机械混合法使镁合金基体粉末与氧化钛‑碳化钛晶须粉末均匀混合，混合粉末冷压实后真空加热除气后真空烧结，热压锭通过等通道变形获得氧化钛‑碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料；（a）镁合金基体材料的化学成分及重量百分比为：C：0～0.2％，Nd：3 ～ 3.5％，Mn：0.2～ 0.6％，Zn： 0.1～0.4％，Zr：0.6～0.8％，其余为Mg；（b）混合粉末冷实后在10‑6托真空条件下逐步加热除气，然后在500‑600℃，50‑200Mpa条件下真空烧结1‑4小时；（c）热压锭在300‑400℃下通过模具通道拐角为90o的等通道弯角挤压（ECAP）变形获得。
【技术特征摘要】
1.一种氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料，其特征是由镁合金基体材料粉末和氧化钛-碳化钛晶须的粉末组成，采用机械混合法使镁合金基体粉末与氧化钛-碳化钛晶须粉末均匀混合，混合粉末冷压实后真空加热除气后真空烧结，热压锭通过等通道变形获得氧化钛-碳化钛晶须增韧镁合金生物医用材料；（a）镁合金基体材料的化学成分及重量百分比为：C：0～0.2％，Nd：3 ～ 3.5％，Mn：0.2～ 0.6％，Zn： 0.1～0.4％，Zr：0.6～0.8％，其余为Mg；（b）混合粉末冷实后在10-6托真空条件下逐步加热除气，然后在500-6...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐淑波，景财年，任国成，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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