一种可降解生物医用锻造态镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可降解生物医用锻造态镁合金，属于可降解生物医用材料领域。一种可降解生物医用锻造态镁合金，质量百分比组成为：3.3~9%Zn，0.1~0.6%Zr，0.75~2%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。该镁合金不仅力学性能良好，耐腐蚀性能好，而且具有良好的生物相容性，适合作为多孔镁合金材料、整形外科材料、口腔植入材料、骨板骨钉等骨修复材料，特别适合作为心血管支架材料和骨科修复材料。

A biodegradable biomedical forged magnesium alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种可降解生物医用锻造态镁合金及其制备方法
本专利技术属于可降解生物医用材料领域，特别涉及一种可降解生物医用锻造态镁合金及其制备方法。
技术介绍
生物医用镁合金是一种理想的生物医用金属植入材料，由于其在生物力学相容性、生物相容性、可生物降解性以及经济适用性等多方面的优势，近些年来受到国内外广大生物材料研究学者的普遍关注。但生物医用镁合金在人体生理环境存在腐蚀过快的问题，使其在骨愈合或血管堵塞恢复之前即已丧失机械完整性和力学性能有效性，导致治疗失败，同时还可能引起其他不良反应。因此，尽快开发高强度、高韧性、高耐蚀的生物医用镁合金并尽早应用于临床的工作任务迫在眉睫。公开号为CN107541632A的专利文献公开了一种生物医用Mg-Zn-Zr镁合金及其制备方法。该合金组分及各组分质量百分含量为：Zn：0.8-3.0%，Zr：0.4-0.8%，其余为Mg及不可避免的杂质。本专利技术在镁合金中添加合金元素Zn和Zr，提高镁合金的力学性能及耐腐蚀性能；同时，Zn及Zr属于对人体无害的元素，以确保合金在人体降解后不危害人体健康。本专利技术的生物医用Mg-Zn-Zr镁合金的制备方法通过原料熔炼、浇铸以及固溶处理即得到生物医用镁合金，该专利技术的优点在于，Mg-Zn-Zr镁合金的析出相较少，从而有利于减轻电偶腐蚀；固溶后组织均匀性提高，有效提高合金的力学性能。但是该专利技术生物医用Mg-Zn-Zr镁合金的强度较差，而且耐蚀性能一般。公开号为CN104195483A的专利文献公开了一种提高Mg-Zn-Y-Zr镁合金耐腐蚀性的热处理工艺，特别是涉及一种能够显著提高镁合金的耐腐蚀性能，同时还使合金保留着较高的屈服强度和抗拉强度的热处理工艺。将变形态镁合金用铝箔包裹严密，进行两级固溶处理，在300~330℃保温2~4小时，随炉升温至400~450℃，在此温度下再保温2~4小时，然后水淬冷却至室温。该专利技术能够显著提高镁合金的耐腐蚀性能，解决了镁合金抗腐蚀能力差的问题，同时还使合金保留着较高的屈服强度和抗拉强度，拓宽了镁合金的实际工程应用。该专利技术通过两级固溶处理，提高了Mg-Zn-Y-Zr镁合金的耐蚀性，但是其耐蚀性能还有很大的提升空间，而且强度性能也有待提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种可降解生物医用锻造态镁合金，该镁合金不仅力学性能良好，耐腐蚀性能好，而且具有良好的生物相容性，适合作为多孔镁合金材料、整形外科材料、口腔植入材料、骨板骨钉等骨修复材料，特别适合作为心血管支架材料和骨科修复材料。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种制备上述可降解生物医用锻造态镁合金的方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种可降解生物医用锻造态镁合金，其质量百分比组成为：3.3~9%Zn，0.1~0.6%Zr，0.75~2%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。优选地，所述可降解生物医用锻造态镁合金的质量百分比组成为：3.6~5.6%Zn，0.1~0.39%Zr，0.75~1%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。优选地，所述可降解生物医用锻造态镁合金的质量百分比组成为：4.45%Zn，0.38%Zr，0.75%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。优选地，所述可降解生物医用锻造态镁合金的质量百分比组成为：6.5~7.8%Zn，0.41~0.6%Zr，1.17~1.72%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。上述可降解生物医用锻造态镁合金的制备方法，包括如下步骤：（1）备料步骤：按配比将Zn粒和中间合金放入坩埚内，所述中间合金为ZK60和Mg~30%Y；（2）熔化步骤：向熔炼炉内通入氩气排空空气，对熔炼炉加热，并将坩埚预热至660℃-750℃，使镁合金配料熔化；（3）精炼步骤：向熔化后的镁锭加入精炼剂进行精炼；（4）搅拌步骤：对精炼后的镁锭进行搅拌，使镁合金配料完全熔化；（5）产出步骤：浇注、冷却、锻造板坯，轧制，得到生物医用镁合金。优选地，所述精炼剂由如下质量百分比的成分组成：55~65%CaO，30~40%CaF2和1~5%Ca(OH)2。优选地，所述精炼剂的质量为镁合金总质量的0.5%~1.2%。优选地，所述搅拌的条件为：以100r/min~200r/min正转搅拌10~15min，再以100r/min~200r/min反转搅拌10~15min。本专利技术为Mg-Zn-Zr-Y系镁合金，作为本领域公知，Y在Mg中的固溶度很高，且Mg-Y合金具有很好的时效强化能力。现有技术中已有通过添加Y元素于镁合金中来提高合金的综合性能，如专利号为ZL200410081258.5的中国专利技术专利，其中，Y的含量不超过2%；还可以参考专利号为ZL200710011505.X的中国专利技术专利，其中Zn/Y满足6～15，Zn的含量远大于Y的含量，Y含量不超过5%。还可以参考申请号为201310417034.6的中国专利技术专利申请，其中Y的含量不超过1.0%。这些合金均通过Y元素的加入，的确使镁合金的抗拉强度和屈服强度得到了提高，但是镁合金的耐腐蚀性能均未被列为关注指标，而未受到足够的重视和研究，因而若想使镁合金在生物医用植入材料方面获得长足进展，还需要本领域技术人员继续进行创造性付出去探究和获取。与上面这些本领域常识相对应的是，镁合金用作生物医用材料植入体内，因为其耐腐蚀性能达不到使用要求，腐蚀速率太快使得血管支架过早的失去力学性能，镁合金降解时生成大量氢气不利于组织愈合，至今仍未见扩大化应用，这些理论和实践都一定程度上阻碍本领域技术人员在镁合金用作生物医用材料的研究和实验。极小数本领域技术人员研究人员也试图关注到镁合金的耐腐蚀性能，比如王倩等（王倩，陈凤斌，章晓波等.生物可降解镁合金耐腐蚀性能研究进展[J].材料导报，2014，28(24)：267-271）研究人员的研究结果认为：晶粒越细小，合金耐腐蚀性能越好，但是对其耐腐蚀性能的影响机理仍然在探索中。韩少兵等（韩少兵，贾长建，赵兵等.可降解血管支架用Mg-2Y-xZn-0.4Zr合金腐蚀性能的研究[J].铸造技术，2017(05)：29-31）研究人员初步发现，Mg-Zn-Zr-Y系镁合金中Zn元素的加入使得合金晶粒细化对合金耐腐蚀性能的提高有一定的作用，但却不是耐腐蚀性能提高的主要因素。而且指出，合金的耐腐蚀性能主要由W相和I相决定，I相提高合金耐腐蚀性，而W相对合金耐腐蚀性能容易产生不利影响。因此，理论上来讲，如果能够提高I相分布，并减少W相分布，就能够提高Mg-Zn-Zr-Y系镁合金的耐腐蚀性能，但是如何去实现这个设想目前仍处于探索阶段，尚无可靠的参考。在这样的技术基础上，本专利技术人团队经过两年多的研究和探索，发现I相的分布是由Zn/Y质量比和Y含量共同决定的，单一变化Zn/Y质量比，或Y含量均无法得不到理想的晶相分布，专利技术人的这一研究发现为进一步推进Mg-Zn-Zr-Y系镁合金在医用植入材料方面的研究提供了一个极有参考价值的理论。本专利技术与现有技术相比，其有益效果如下：本专利技术通过上述技术方案，提供了一种可降解生物医用锻造态镁合金，为Mg-Zn-Zr-Y系镁合金，该类镁合金与其它镁合金相比，具有较高的室温力学性能。不含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可降解生物医用锻造态镁合金，其特征在于：质量百分比组成为：3.3~9%Zn，0.1~0.6%Zr，0.75~2%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。

【技术特征摘要】
1.一种可降解生物医用锻造态镁合金，其特征在于：质量百分比组成为：3.3~9%Zn，0.1~0.6%Zr，0.75~2%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。2.根据权利要求1所述的可降解生物医用锻造态镁合金，其特征在于：3.6~5.6%Zn，0.1~0.39%Zr，0.75~1%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。3.根据权利要求2所述的可降解生物医用锻造态镁合金，其特征在于：4.45%Zn，0.38%Zr，0.75%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。4.根据权利要求1所述的可降解生物医用锻造态镁合金，其特征在于：6.5~7.8%Zn，0.41~0.6%Zr，1.17~1.72%Y，Zn/Y质量比大于4.38且小于6，余量为Mg。5.根据权利要求1-4任一项所述的可降解生物医用锻造态镁合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）备料步骤：按配比将Zn粒和中间合金放入坩埚内，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马春华，许东光，杨浩，仲志国，秦怡，李书义，李根全，卢志文，
申请(专利权)人：南阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41