一种抑菌镁合金材料及其医用器件的加工成形方法技术

本发明专利技术公开了一种抑菌镁合金材料及其医用器件的加工成形方法，属于材料加工技术领域。根据医疗器件的应用场景，选取合适的医用镁合金原料，将其熔铸成电极铸棒，利用等离子旋转电极雾化法进一步雾化成合金粉末。将镁合金雾化粉末、聚乳酸粉末和四针状ZnO晶须粉末按照一定比例混合均匀，并用软钢包套封装成所需的医疗器件构型，将其放入热等静压装置中，保温保压处理一定时间，通过气体介质传递压力，制成所需的镁合金器件。本发明专利技术可实现医疗器件的一次性近净成形，大幅提高了材料利用率，制备的镁合金医疗器件结构致密、性能优异，还具有良好的抑菌性能。还具有良好的抑菌性能。

【技术实现步骤摘要】
一种抑菌镁合金材料及其医用器件的加工成形方法


[0001]本专利技术涉及一种抑菌镁合金材料及其医用器件的加工成形方法，属于材料加工


技术介绍

[0002]镁合金作为新一代可降解医用金属材料，具有良好的力学性能、生物可降解性以及生物相容性。镁合金器件用作骨修复材料时，可以有效避免应力遮挡效应，有利于促进骨愈合；用作血管支架材料时，可以在狭窄的血管内经过一段时间支架支撑和药物治疗完成正性重构后，自行降解消失，从而降低再狭窄的风险，因此，镁合金器件在临床医疗领域具有广阔的应用前景。
[0003]传统镁合金材料制备过程中存在织构较强、元素分布不均匀易偏析，力学性能偏低，耐蚀性差等问题。而在镁合金材料医疗器件制造过程中，往往还需要经过挤压或锻造变形及切削加工等步骤，工艺流程长、材料损耗率高导致制造成本居高不下。同时，由于镁合金具有大的热导率和高的热膨胀系数，导致其在切削加工过程中残余应力大、易变形及尺寸稳定性差，成品率较低，特别是在加工薄壁器件和复杂构型器件时，这种缺点尤为明显。此外，若能赋予镁合金材料抑菌性能，则能有效缩短创伤、损伤的治愈时间，使植入材料发挥更大的作用。

技术实现思路

[0004]针对上述关键问题，本专利技术开发了一种医用镁合金材料及其器件的加工成形方法。相较于传统的镁合金材料，该方法制备的镁合金材料力学性能、耐蚀性能及生物相容性明显提高。用本专利技术公布的医疗器件加工成形方法，可实现一次性近净成形，大幅提高镁合金材料利用率，制备的镁合金医疗器件结构致密、力学性能优异接近锻造性能，省去了中间变形环节，缩短了工艺流程，有效降低了制造成本。在镁合金材料制备过程中，还加入了有效的抑菌成分，增强了治愈效果。
[0005]为达到上述技术目的，本专利技术采用下述技术方案实现：
[0006]首先熔铸出所需的医用镁合金电极铸棒，熔炼所需的原料包括：纯Mg、纯Zn、纯Sn、Mg
‑
Zr中间合金、Mg
‑
Gd中间合金；按照Zn：2.1
‑
4.3％，Sn：0.8
‑
2.5％，Zr：0.5
‑
1.1％，Gd：0.6
‑
2.1％的合金质量分数配比进行熔炼，熔炼温度范围为740
‑
800℃，在CO2和SF6混合气体保护下进行，经精炼、除气、除渣过程后，降温至690
‑
710℃时浇入模具，得到直径为50
‑
100mm的电极铸棒。
[0007]第二步利用等离子旋转电极雾化法将Mg
‑
Zn
‑
Sn
‑
Zr
‑
Gd电极铸棒制成镁合金粉末,加热方式采用非转移弧，在等离子炬加热功率为150
‑
180kW，转速为20000
‑
22000r/min条件下，制备的镁合金雾化粉末粒度在60
‑
100目之间。
[0008]最后根据医疗器件构型设计相应的软钢包套，将镁合金雾化粉末、聚乳酸粉末和四针状ZnO晶须粉末按照一定比例混合均匀，用包套封装成所需的医疗器件，并放入热等静
压装置中，保温保压处理一定时间，通过气体介质传递压力，制成镁合金器件。
[0009]制备的医疗器件构型包括但不限于各类型号的骨板、骨钉、克氏针等常用的植入器件。
[0010]镁合金雾化粉末、聚乳酸粉末及四针状ZnO晶须粉末的组成比例，可根据镁合金复合材料应用场景进行调整。聚乳酸粉末所占体积分数比例可在3.0
‑
10.0％范围内进行调整，四针状ZnO晶须粉末所占体积分数比例可在5.0
‑
15.0％范围内进行调整，聚乳酸粉末+四针状ZnO晶须粉末的体积分数≥8％。
[0011]在医用镁合金器件热等静压制备成形过程中，先将装置内部抽真空后通入氩气，预设压力100
‑
200MPa，温度为400
‑
550℃，控制升温速率在50
‑
100℃/h，同时到温到压后再保温保压4
‑
8h，最后随炉降温至150℃以下，取出成形器件。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]常规的镁合金医疗器件制造工艺流程长、材料损耗率高导致制造成本居高不下。同时，由于镁合金具有大的热导率和高的热膨胀系数，导致其在切削加工过程中残余应力大、易变形及尺寸稳定性差，成品率较低，特别是在加工薄壁器件和复杂构型器件时，这种缺点尤为明显。
[0014]本专利技术采用的是固相混合及固相成形的方法，镁合金粉末与添加的强化相粉末能够完全均匀混合，无织构、偏析、残余应力大等常规方法存在的问题；经热等静压制备成形的镁合金医疗器件，微观组织致密，无气孔、缩松等内部缺陷，力学性能高，不低于变形材料性能。本方法成形能力强，尺寸稳定性好，既可用于制造薄壁器件，也可用于制造复杂构型的器件。
[0015]聚乳酸是一种可在体内完全降解的医用材料，具有良好的生物相容性、生物可吸收性以及一定的抗霉抑菌性能，其在生物体内经过酶解后，最终转化为CO2和水，无任何毒副作用，是少数被美国FDA批准的生物可降解聚合物材料，在镁合金中加入聚乳酸成分可显著提高合金的生物相容性；四针状ZnO晶须因其独特的空间结构，使其具有增强、增韧、耐磨、抑菌等诸多优点，需要特别指出的是，四针状ZnO晶须对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌等多种病菌都具有较强的杀灭作用。因此，在镁合金中同时添加聚乳酸和四针状ZnO晶须，可使合金的力学性能、生物相容性和抗菌性得到明显提高。
具体实施方式
[0016]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0017]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0018]实施例1
[0019]本实施例中，一种抑菌镁合金材料及其医用器件的加工成形方法，包括以下步骤：
[0020]1)熔铸镁合金电极铸棒：所需原料质量配比为Zn：2.1％，Sn：0.8％，Zr：0.5％，Gd：
0.6％，余量为Mg。按此配比称取纯Mg、纯Zn、纯Sn、Mg
‑
5％Zr中间合金、Mg
‑
20％Gd中间合金，在740℃，CO2和SF6混合气体保护下进行熔炼，经精炼、除气、除渣过程后，浇入模具得到直径为50mm的镁合金电极铸棒。
[0021]2)利用等离子旋转电极雾化法将镁合金电极铸棒制成镁合金粉末。以等离子为热源加热棒料端面，等离子炬加热功率为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种抑菌镁合金材料及其医用器件的加工成形方法，其特征是：1.熔铸出所需的医用镁合金电极铸棒，熔炼所需的原料包括：纯Mg、纯Zn、纯Sn、Mg
‑
5％Zr中间合金、Mg
‑
20％Gd中间合金；按照Zn：2.1
‑
4.3％，Sn：0.8
‑
2.5％，Zr：0.5
‑
1.1％，Gd：0.6
‑
2.1％的合金质量分数配比进行熔炼，铸造出雾化处理所需的电极铸棒。2.利用等离子旋转电极雾化法，将Mg
‑
Zn
‑
Sn
‑
Zr
‑
Gd医用镁合金电极铸棒制成热等静压所需的镁合金粉末。3.根据医疗器件构型设计相应的软钢包套，将镁合金雾化粉末、聚乳酸粉末和四针状ZnO晶须粉末按照一定比例混合均匀，用包套封装成所需的医疗器件，并放入热等静压装置中，保温保压处理一定时间，通过气体介质传递压力，制成镁合金器件。4.按照权利要求1所述的，其特征在于：在740
‑
800℃，CO2和SF6混合气体保护下进行熔炼，经精炼、除气、除渣过程后，降温至690
‑
710℃时浇入模具，得到直径为50
‑
100mm的镁合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李仁强，王若超，孙宇恒，段荣帅，王飞翔，
申请(专利权)人：山东商业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：