一种耐蚀生物医用镁合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种耐蚀生物医用镁合金，包括：锡为0.8％～5.0％，锌为1.0％～1.25％，钙为0.05％～0.5％，余量为镁。本发明专利技术公开了一种耐蚀生物医用镁合金的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将原材料高纯镁、纯锌、纯锡和镁钙中间合金的表面进行清理；步骤二、将坩埚放入电阻炉中预热后向炉中通入第一保护气体，将高纯镁放入坩埚，将炉温升至待高纯镁锭完全熔化，进行打渣；然后将炉温降低，再将纯锡、纯锌、镁钙中间合金加入坩埚中；待合金料熔化后匀速搅拌后，静置；步骤三、打渣后将熔体匀速浇入预热的铜模中，凝固后脱模得到镁合金铸锭；步骤四、将铸锭切割成板材，放入通入第二保护气体的管式炉中，进行组织均匀化处理；步骤五、将步骤四中组织均匀化处理后的试样进行轧制处理。

A corrosion-resistant biomedical magnesium alloy and its preparation method and Application

The invention discloses a corrosion-resistant biomedical magnesium alloy, which comprises: tin 0.8%-5.0%, zinc 1.0%-1.25%, calcium 0.05%-0.5%, and residual magnesium. The invention discloses a preparation method of corrosion-resistant biomedical magnesium alloy, which comprises the following steps: first, cleaning the surface of raw materials high-purity magnesium, pure zinc, pure tin and Mg-Ca master alloy; second, putting crucible into resistance furnace to preheat and then passing the first protective gas into the furnace, putting high-purity magnesium into crucible, raising the furnace temperature to wait for high-purity magnesium ingot to melt completely, and proceeding. Slaging; then lower the furnace temperature, and then add pure tin, pure zinc and magnesium-calcium master alloys into the crucible; wait for the alloy material to melt and stir at a uniform speed, then stand still; step 3, after slagging, pour the melt into the preheated copper mould at a uniform speed, solidify and demould to obtain magnesium alloy ingots; step 4, cut the ingots into plates, put them into the tubular furnace with the second protective gas, and homogenize the structure. Step 5: Rolling the sample after homogenizing the structure in step 4.

【技术实现步骤摘要】
一种耐蚀生物医用镁合金及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物医用金属材料领域，具体涉及一种耐蚀生物医用镁合金及其制备方法和应用。
技术介绍
目前临床上使用的医用金属材料主要是不锈钢、钛合金、钴铬合金，此类材料具有优良的力学性能和耐腐蚀性能；但是，此类材料的弹性模量与天然骨的弹性模量相差较大，在使用过程中可能会引起应力遮挡效应，不利于骨的愈合。更重要的是，这些金属材料多为永久性植入材料，病人骨折愈合后，还需经过二次手术取出，增加了患者的痛苦和经济负担。针对现有医用植入材料的局限性，开发具有良好的生物相容性，优异的力学性能，且能自动降解被人体吸收的新型医用金属材料成为生物医用金属植入材料领域的研究热点。镁及镁合金作为医用金属材料具有以下优点：(1)镁合金的弹性模量约为45GPa，更接近人骨的弹性模量，能够有效的降低应力遮挡效应；(2)具有良好的生物相容性，无毒且能够在体内降解，避免二次手术；(3)具有较高的比强度和比刚度，能够满足医用植入材料的要求。然而，由于生物镁合金在人体环境中的降解速率过快，导致机械性能下降不能满足作为医用金属植入材料力学性能的要求；同时，降解产生的气体和pH的升高可能会产生炎症。因此，改善生物镁合金的耐腐蚀性能是生物医用镁合金材料亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术设计开发了一种耐蚀生物医用镁合金，本专利技术的专利技术目的是在合金中同时添加锡、锌和钙元素，有效的改善了合金的轧制成形性和组织均匀性。本专利技术设计开发了一种耐蚀生物医用镁合金的制备方法，本专利技术的专利技术目的是通过对铸锭进行组织均匀化处理，再将其进行九道次特殊压下量的轧制，使合金具有良好的成形性。本专利技术设计开发了一种耐蚀生物医用镁合金的应用，应用于生物医用金属植入材料等领域。本专利技术提供的技术方案为：一种耐蚀生物医用镁合金，包括：所述镁合金的化学成分质量百分比为：锡为0.8％～5.0％，锌为1.0％～1.25％，钙为0.05％～0.5％，余量为镁。一种耐蚀生物医用镁合金的制备方法，制备所述的镁合金，包括如下步骤：步骤一、将原材料高纯镁、纯锌、纯锡和镁钙中间合金的表面进行清理；步骤二、将坩埚放入电阻炉中预热后向炉中通入第一保护气体，将高纯镁放入坩埚，将炉温升至待高纯镁锭完全熔化，进行打渣；然后将炉温降低，再将纯锡、纯锌、镁钙中间合金加入坩埚中；待合金料熔化后匀速搅拌后，静置；步骤三、打渣后将熔体匀速浇入预热的铜模中，凝固后脱模得到镁合金铸锭；步骤四、将铸锭切割成板材，放入通入第二保护气体的管式炉中，进行组织均匀化处理；步骤五、将所述步骤四中组织均匀化处理后的试样进行轧制处理，包括：首先，将轧辊预热至100℃；然后，将第一道次样品在360℃下预热15分钟，其余道次在300℃下预热10分钟进行轧制；其中，样品经过九道次轧制，总压下量为48～65％，每道次的压下量分别为11-16％，5-9％，9-13％，8-11％，7-10％，6-10％，6-10％，6-10％，6-10％；最后，对轧制的样品进行250-280℃，1.5小时的退火处理。优选的是，在所述步骤四中，所述组织均匀化处理包括：将管式炉的温度升高至345℃，保温4h，随后将温度升高至480℃，保温8h，最后将试样放入40～60℃水中淬火。优选的是，在所述步骤一中，所述原材料高纯镁、纯锌、纯锡和镁钙中间合金的使用量使所述镁合金的化学成分质量百分为：锡为0.8％～5.0％，锌为1.0％～1.5％，钙为0.05％～0.5％，余量为镁。优选的是，在所述步骤一中，镁钙中间合金中钙的质量分数为30％。优选的是，在所述步骤二中，在通入第一保护气体5-10min后将高纯镁锭放入坩埚，将炉温升至700℃，待高纯镁锭完全熔化，进行打渣，然后炉温降至680℃，再将纯锡、纯锌、镁钙中间合金加入坩埚中，待合金料熔化后匀速、逆时针搅拌3-5min，静置保温30min。优选的是，在所述步骤二中，所述第一保护气体为CO2和SF6的混合气体，并且通入时使CO2和SF6的流量体积比为100:1。优选的是，在所述步骤三中，所述铜模的预热温度为150～250℃。优选的是，在所述步骤四中，所述第二保护气体为氮气。使用所述的耐蚀生物医用镁合金用于生物医用金属植入材料。本专利技术与现有技术相比较所具有的有益效果：1、本专利技术镁合金具有较好生物相容性。添加的锡、锌、钙元素均为人体机能必不可少的元素，并采用微量化的理念来设计合金。该镁合金的降解产物对人体无毒害作用，可被人体吸收；2、本合金的密度、弹性模量与人体骨组织接近，可以有效减小应力遮挡效应；3、本专利技术镁合金具有合适的力学性能及优异的耐腐蚀性能，本专利技术所制备的耐蚀生物医用镁合金平均晶粒尺寸为6-14μm，抗拉强度为210MPa-260MPa、屈服强度为105MPa-130MPa、伸长率为10％-23％、弹性模量为38-44GPa；在37±0.5℃的Hank's溶液中的平均腐蚀速率为0.07mm/y-0.47mm/y；4、本专利技术合金中同时添加锡、锌和钙元素；三种元素耦合交互，细化组织，有效的改善了合金的轧制成形性和组织均匀性。添加锡元素后，可以使轧制样品具有很好的成形性，在经过大压下量的轧制之后，轧制样品边缘依然未发现明显裂纹；添加锌元素后，与其他元素耦合，使微观组织更加均匀，还能提高镁合金的局部腐蚀的电极电位，改善耐腐蚀性能；添加钙元素后，不仅能够使组织更加细化，而且能降低基体与第二相的电位差，同时在腐蚀过程中生成氧化钙膜/氧化镁复合膜层，使原本单一的氧化镁膜更加致密，抑制了溶液对镁合金基体的进一步腐蚀；5、本专利在制备方法上的特点为：先将高纯镁锭熔化，然后加入微量合金元素锡、锌和钙，浇注成铸锭；随后对铸锭进行组织均匀化处理，再将其进行九道次特殊压下量的轧制；这种轧制工艺可以使该镁合金具有很好的成形性。附图说明图1a为本专利技术所述的实施例1中镁合金的扫描电镜图。图1b为本专利技术所述的实施例2中镁合金的扫描电镜图。图1c为本专利技术所述的实施例3中镁合金的扫描电镜图。图2为本专利技术所述的实施例1～3中镁合金在Hank`s模拟体液中浸泡七天后的腐蚀速率统计图。图3a为实施例1中镁合金在Hank`s模拟体液中浸泡七天，去除腐蚀产物后的扫描电镜照片。图3b为实施例2中镁合金在Hank`s模拟体液中浸泡七天，去除腐蚀产物后的扫描电镜照片。图3c为实施例3中镁合金在Hank`s模拟体液中浸泡七天，去除腐蚀产物后的扫描电镜照片。图4为本专利技术所述的对比例1中镁合金的扫描电镜图。图5为本专利技术所述的对比例2中镁合金的扫描电镜图。图6为本专利技术所述的对比例3中镁合金的扫描电镜图。图7为本专利技术所述的对比例4中纯镁的扫描电镜图。图8为本专利技术所述的对比例5中镁合金的扫描电镜图。图9为本专利技术所述的对比例6中镁合金的扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本专利技术提供了一种耐蚀生物医用镁合金，其化学成分质量百分比为：锡为0.8％～5.0％，锌为1.0％～1.5％，钙为0.05％～0.5％，余量为镁和不可避免的杂质。本专利技术提供了一种耐蚀生物医用镁合金的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将原材料高纯镁、纯锌、纯锡和镁钙中间合金的表面进行清理；步骤二、将坩埚放入电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐蚀生物医用镁合金，其特征在于，包括：所述镁合金的化学成分质量百分比为：锡为0.8％～5.0％，锌为1.0％～1.25％，钙为0.05％～0.5％，余量为镁。

【技术特征摘要】
1.一种耐蚀生物医用镁合金，其特征在于，包括：所述镁合金的化学成分质量百分比为：锡为0.8％～5.0％，锌为1.0％～1.25％，钙为0.05％～0.5％，余量为镁。2.一种耐蚀生物医用镁合金的制备方法，制备如权利要求1所述的镁合金，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将原材料高纯镁、纯锌、纯锡和镁钙中间合金的表面进行清理；步骤二、将坩埚放入电阻炉中预热后向炉中通入第一保护气体，将高纯镁放入坩埚，将炉温升至待高纯镁锭完全熔化，进行打渣；然后将炉温降低，再将纯锡、纯锌、镁钙中间合金加入坩埚中；待合金料熔化后匀速搅拌后，静置；步骤三、打渣后将熔体匀速浇入预热的铜模中，凝固后脱模得到镁合金铸锭；步骤四、将铸锭切割成板材，放入通入第二保护气体的管式炉中，进行组织均匀化处理；步骤五、将所述步骤四中组织均匀化处理后的试样进行轧制处理，包括：首先，将轧辊预热至100℃；然后，将第一道次样品在360℃下预热15分钟，其余道次在300℃下预热10分钟进行轧制；其中，样品经过九道次轧制，总压下量为48～65％，每道次的压下量分别为11-16％，5-9％，9-13％，8-11％，7-10％，6-10％，6-10％，6-10％，6-10％；最后，对轧制的样品进行250-280℃，1.5小时的退火处理。3.如权利要求2所述的耐蚀生物医用镁合金的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述组织均匀化处理包括：将管式炉的温度升高至345℃，保...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧远，赵正学，刘燕，李大伟，魏冬松，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22