本发明专利技术公开了一种医用镁基合金材料及其制备方法，所述医用镁基合金材料包括合金基体，生物涂层；所述合金基体按重量百分比包括以下成分：Cu 2.2‑3.2％、Fe 0.6‑1.2％、Sb 1.2‑1.6％、Ta 0.4‑0.8％、Ca 1.2‑3.2％、V 0.6‑1.2％、Mo 0.2‑0.4％、Ag 1.2‑1.4％、P 2.2‑3.2％、Si 0.3‑0.7％、F 0.02‑0.04％、S 0.1‑0.3％，纳米羟基磷灰石5.2‑6.4％，余量为Mg；所述合金基体的表面通过打磨将由于纳米羟基磷灰石浮于合金基体的表层导致的不光滑表面打磨光滑，所述打磨的厚度为1‑3um；所述生物涂层的主要材料为胶原纤维和几丁质。本发明专利技术通过金属元素Cu、Fe、Sb的添加，以及无机元素P、Si、F、S的组合添加，并通过纳米羟基磷灰石的添加后，对表面进行打磨，然后涂布一层生物涂层，从而提高合金材料的强度和生物相容性。
A medical magnesium alloy material and its preparation method
【技术实现步骤摘要】
一种医用镁基合金材料及其制备方法
本专利技术属于医用金属材料
，具体涉及一种医用镁基合金材料及其制备方法。
技术介绍
镁及镁合金具有生物可降解性，是骨组织修复与替换用理想的金属材料之一。与常用医用金属材料相比，镁合金具有较高的比强度和比刚度，密度与人骨密度基本相当，弹性模量约为45GPa，更接近于人骨。镁也是人体内仅次于钙、钠和钾的第四大矿物质元素，也是参与人体新陈代谢所必需的元素之一，其能激活体内多种酶，抑制神经异常兴奋性，维持核酸结构的稳定性，参与体内蛋白质的合成、肌肉收缩及体温调节。近年来，镁及镁合金作为金属植入材料已备受关注。然而镁及镁合金的标准电极电位很低，在人体环境中耐腐性差，降解速率快，与人体内损伤部位的愈合速度不匹配，还不能满足临床应用对生物材料耐蚀性能的要求。为了增强镁及镁合金的耐腐蚀性，通常会在金属表面包裹涂层，然而目前所使用的涂层还无法很好的阻隔水分子的渗透，致使镁及镁合金仍会部分快速降解，并且其降解时还会产生氢气，很容易导致金属表面的涂层脱落，致使镁及镁合金暴露在外，严重影响金属材料的各项性能，限制了其在临床上进一步推广使用。中国专利申请文献“一种医用耐腐蚀镁基合金材料及其制备方法(公开号：CN106620851A)”公开了一种医用耐腐蚀镁基合金材料及其制备方法，该合金材料包括合金基体和设于所述合金基体表面的涂层，所述合金基体由以下元素组成：Rb、Fe、Ta、Ca、P、V、Mo、I、Ag、B、Sr、Co，余量为Mg；所述涂层由以下原料组成：纳米羟基磷灰石、氧化石墨烯、45S5生物活性玻璃粉、钽酸镁。本专利技术制备的合金材料的耐腐蚀性大大提高，降解速率适中，可匹配损失部位的愈合速度，同时该合金材料也同时保持良好的力学性能，且生物相容性好，无细胞毒性，使用安全，但是该专利技术制备的镁基合金材料的强度、生物相容性并不令人满意。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种医用镁基合金材料，通过金属元素Cu、Fe、Sb的添加，以及无机元素P、Si、F、S的组合添加，并通过纳米羟基磷灰石的添加后，对表面进行打磨，然后涂布一层生物涂层，从而提高合金材料的强度和生物相容性。为了解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种医用镁基合金材料，所述医用镁基合金材料包括合金基体，生物涂层；所述合金基体按重量百分比包括以下成分：Cu2.2-3.2％、Fe0.6-1.2％、Sb1.2-1.6％、Ta0.4-0.8％、Ca1.2-3.2％、V0.6-1.2％、Mo0.2-0.4％、Ag1.2-1.4％P2.2-3.2％、Si0.3-0.7％、F0.02-0.04％、S0.1-0.3％，纳米羟基磷灰石5.2-6.4％，余量为Mg；所述合金基体的表面通过打磨将由于纳米羟基磷灰石浮于合金基体的表层导致的不光滑表面打磨光滑，所述打磨的厚度为1-3um；所述生物涂层的主要材料为胶原纤维和几丁质。进一步地，所述合金基体包括以下成分：Cu2.7％、Fe0.9％、Sb1.4％、Ta0.6％、Ca2.2％、V0.9％、Mo0.3％、Ag1.3％、P2.7％、Si0.5％、F0.03％、S0.2％，纳米羟基磷灰石5.8％，余量为Mg。进一步地，所述打磨的厚度为2um。进一步地，所述生物涂层中胶原纤维和几丁质的比例为2:1。进一步地，所述的F通过加入AgF来实现添加。本专利技术还提供一种医用镁基合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照上述质量百分数称重各组分；(2)在保护气氛下，将Mg，Sb原料加入坩埚中，先加热至710-790℃，保温20-50min，然后加入Ag，Cu，Fe，Ta，Ca，Mo，加热至熔体温度达1200-1400℃，加入V，P，Si，S，AgF搅拌均匀，保温30-120min，得合金熔体；然后待合金熔体的温度降至800-850℃后，在快速升温至1500℃，保温5分钟后，缓慢降低620-680℃，加入纳米羟基磷灰，混合均匀后，静置1-2h后，浇铸至模具中，并水冷得到合金坯料然后待合金熔体的温度降至800-850℃后，在快速升温至1500℃，保温5分钟后，缓慢降低620-680℃；(3)将步骤2中的合金坯料经表面清洗后，使用高精度打磨机进行打磨光滑得到合金基体；(4)将胶原纤维和几丁质加入适量水中，超声分散均匀，得到涂层液；(5)将步骤4中的涂层液喷涂在步骤3中经过合金基体上，在氮气气氛中，于30-40℃真空干燥处理2-4小时，即得医用镁基合金材料。进一步地，所述步骤3中表面清洗包括超声清洗，酸洗。进一步地，所述步骤2中保护气氛为SF6:CO2体积比为1:150。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中Cu的加入有一定的固溶强化效果，可以在提高合金的强度，改善其抗疲劳性能，Fe在合金中可以改善合金的机械强度和拉伸性能，Sb的加入在熔铸时对铸块的微细化材料起作用，提高合金的加工拉伸性能，以及提高抗蠕变性能，特别是改善与连接端子的稳定性，本专利技术中通过同时加入Cu，Fe，Sb，使三者与Mg在高温下形成Mg-Cu-Fe-Sb合金相，在合金凝固过程中呈弥散质点首先析出，其质点的晶体结构可作为异质晶核，大量的弥散晶核促使晶粒细化，提高合金的强度。本专利技术还加入了P、Si、F、S的无机原子体系，元素P可以作为抗氧化剂，元素P在合金表面富集并优先与氧反应生成致密氧化膜隔离Mg与氧的直接接触，Si的加入会与Mg形成Mg2Si相，具有更高的分散性，弥补无机原子与金属原子之间的结合问题，减少二次晶间距，但是P和Si加入会导致合金的强度一定程度的下降，因此通过加入S和F来避免上述问题，S的加入提高合金的延展性，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化，避免Mg2Si等无机有机过渡态影响合金的强度，F的加入提高耐腐蚀性，并且其原子尺寸相对金属原子很小，能够稳定晶体堆积结构，大大提高合金的力学性能。本专利技术中各元素的添加顺序对合金的性能具有很大的影响，添加的温度和时间也需要严格控制。本专利技术与一般的镁基合金的制备工艺的区别主要在于各元素的添加顺序和时间点，从实施例和对比例的比较结果可知，本专利技术的合金组分在添加需要严格控制顺序和时间点，从而实现最佳的专利技术效果。其中Mg-Sb在最初添加，并且加热到710-790℃，能够使Mg和Sb能够结合形成Mg-Sb合金，并且在特定温度下从而提高Sb对Mg的变质效果，促进形成Mg-Sb合金中间态。接着在Mg-Sb合金作用20-50min后，Ag，Cu，Fe，Ta，Ca，Mo元素在Mg-Sb熔融稳定后添加，然后需要升温至1200摄氏度以上，在高温下使Ta，Fe等高熔点金属熔融后，可以有效避免Sb与Ag，Cu等其他金属优先结合，减弱变质效果，同时使微量金属元素在Mg-Sb合金相周围形成均匀的异质核心，防止Ca，Mo等金属降低合金的拉伸强度。然后添加其他非金属元素，一方面可以促进Ag，Cu，Fe，Ta，Ca，Mo与Mg的熔融效果，同时避免非金属元素优先与Fe，Ag等元素形成稳定的盐，而是使非金属元素能够有效与多种金属形成合金相，促进夹杂相的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种医用镁基合金材料，其特征在于，所述医用镁基合金材料包括合金基体，生物涂层；所述合金基体按重量百分比包括以下成分：Cu 2.2-3.2％、Fe 0.6-1.2％、Sb1.2-1.6％、Ta 0.4-0.8％、Ca 1.2-3.2％、V 0.6-1.2％、Mo 0.2-0.4％、Ag1.2-1.4％、P 2.2-3.2％、Si 0.3-0.7％、F 0.02-0.04％、S 0.1-0.3％，纳米羟基磷灰石5.2-6.4％，余量为Mg；所述合金基体的表面通过打磨将由于纳米羟基磷灰石浮于合金基体的表层导致的不光滑表面打磨光滑，所述打磨的厚度为1-3um；所述生物涂层的主要材料为胶原纤维和几丁质。/n
【技术特征摘要】
1.一种医用镁基合金材料，其特征在于，所述医用镁基合金材料包括合金基体，生物涂层；所述合金基体按重量百分比包括以下成分：Cu2.2-3.2％、Fe0.6-1.2％、Sb1.2-1.6％、Ta0.4-0.8％、Ca1.2-3.2％、V0.6-1.2％、Mo0.2-0.4％、Ag1.2-1.4％、P2.2-3.2％、Si0.3-0.7％、F0.02-0.04％、S0.1-0.3％，纳米羟基磷灰石5.2-6.4％，余量为Mg；所述合金基体的表面通过打磨将由于纳米羟基磷灰石浮于合金基体的表层导致的不光滑表面打磨光滑，所述打磨的厚度为1-3um；所述生物涂层的主要材料为胶原纤维和几丁质。
2.根据权利要求1所述的医用镁基合金材料，其特征在于，所述合金基体包括以下成分：Cu2.7％、Fe0.9％、Sb1.4％、Ta0.6％、Ca2.2％、V0.9％、Mo0.3％、Ag1.3％、P2.7％、Si0.5％、F0.03％、S0.2％，纳米羟基磷灰石5.8％，余量为Mg。
3.根据权利要求1所述的医用镁基合金材料，其特征在于，所述打磨的厚度为2um。
4.根据权利要求1所述的医用镁基合金材料，其特征在于，所述生物涂层中胶原纤维和几丁质的比例为2:1。
5.根据权利要求1所述的医用镁基合金材料，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：长沙凯泽工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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