一种生物可降解Zn-Mn-X系合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物可降解Zn

【技术实现步骤摘要】
一种生物可降解Zn
‑
Mn
‑
X系合金材料及其制备方法


[0001]专利技术涉及金属材料加工
，具体的涉及一种生物可降解Zn
‑
Mn
‑
X系合金材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由生物材料制作的医疗器械一旦植入体内，将会与机体发生交互作用，促进生物体的诊断、治疗或完成机体病损组织或器官的修复、替换。显而易见，与生命体相互作用期间，有些器械适于长期在体存在，并进行长期服役促进疗效，但有些并不适宜长期存在，只需暂时或短期起作用，随着组织或器官的修复或再生，这些器械逐步被降解吸收。
[0003]锌在我国储量丰富，成本低廉，是重要的金属材料。锌具有优良的抗腐蚀性能，被广泛的用作钢铁的镀层保护材料。其铸造性能良好，可用于砂型、金属型及压铸生产，可生产薄壁及复杂铸件。锌还由于其独特的电化学性能，被制成电源干电池而得到了广泛应用。
[0004]此外，锌及其合金的轧制加工性能优良，其板带材应用在建筑、机械、运输、仪器仪表等领域。近年来，锌及其合金在可降解生物医用材料方面的潜在应用受到广泛关注。目前已报道的生物医用金属材料可分为不可降解型和可降解型。不可降解的医用金属材料，如316L不锈钢，植入人体后需要二次手术取出，会增加病人的痛苦。而降解速度过快的医用金属材料，如镁合金，则难以满足医用植入体后期所需的支撑力，容易造成血管再次堵塞。锌在人体内的降解速度低于镁却高于铁，因此最近作为可降解生物医用金属材料的重要种类获得了重视。
[0005]锌合金因其生物降解性、生物相容性和生物功能等特点，在生物医学领域受到广泛关注。现有的变形锌合金主要是Zn
‑
A1和Zn
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Cu系锌合金，应用于建筑、机械、运输等领域。文献报道的生物医用锌合金包括Zn
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Mg、Zn
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Cu、Zn
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Li、Zn
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Sr、Zn
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Ag系锌恰金。A1被认为可能引发早老性痴呆症，一般不作为植入用生物医用锌合金的添加元素。低合金化锌锰基合金是近年来开发的一类具有良好性能和加工性能的可生物降解锌合金。主要合金元素Mn是人体必需元素，参与各种生物化学过程。当Mn含量不高于1wt.％时，基体Zn
‑
Mn二元合金具有优越的延展性，室温延伸率超过90％，并具有优于纯Zn的良好的血液相容性。
[0006]少量Mn的加入对Zn的延性有显著的积极作用，也得到了其他研究者的证实。作为生物可降解材料，锌合金的主要研究方向是植入支架，各类融合器和骨修复材料如骨钉、骨板等，此类材料既需要良好的强度又需要有好的韧性。Zn
‑
Mn合金在经过一系列变形加工后会有超塑性，但强度低。有些锌合金例如Zn
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Li，Zn
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Ca合金的强度有明显提升，但塑性差加工性能不好。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种生物可降解Zn
‑
Mn
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X系合金板材的制备方法，该制备方法简单、高效，通过该制备方法制备的Zn
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Mn
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X系合金板材具有较高的塑性和强度。
[0008]一种生物可降解Zn
‑
Mn
‑
X系合金板材的制备方法，包括：
[0009](1)按照Zn
‑
Mn
‑
X系合金的重量百分比称取各个组分，Zn
‑
Mn
‑
X系合金的重量百分比为：所述合金元素Mn为0
‑
1％，但不包括0；合金元素X为0
‑
0.8％，但不包括0；其余为锌；
[0010](2)将各个组分在真空环境和保护气体下加热至熔化均匀，浇铸，去除氧化皮得到锌合金铸锭；
[0011](3)将所述锌合金铸锭在150
‑
350℃中保温2
‑
3h后进行热挤压，挤压比大于20，得到锌合金棒材；
[0012](4)将所述锌合金棒材在室温下多道次锻压或拉拔，每次锻压或拉拔的变形量为3％
‑
25％，得到锌合金细棒材；
[0013](5)将所述锌合金细棒材在170～230℃中保温10
‑
40分钟后进行多道次热轧制，每次轧制均需热保温5min以上，轧制速度为50mm
‑
400mm/s，每次的轧制变形量在2％
‑
15％，最终得到锌合金窄带。
[0014]本专利技术通过向Zn
‑
Mn系合金中加入X合金，并依次通过挤压、锻压和热轧制工艺，晶粒逐步细化。保证了塑性性能的情况下，具有较高的强度。
[0015]所述X为合金元素Li、Mg、Ca、Ag、Al、Cu中的至少一种。
[0016]所述的将各个组分在真空环境和保护气体下加热至熔化均匀，具体步骤为：
[0017]将70
‑
90％的锌原料加热到650℃
‑
700℃，并且在氩气保护下在真空熔炼炉中熔炼，将锌完全溶解后，向溶解的锌中先加入原料Mn，原料Mn熔化完全并搅拌均匀，然后加入原料X，原料X熔化完全并搅拌均匀，再加入剩余的锌，完成熔化并搅拌均匀。
[0018]进一步的，所述热挤压前的热处理工艺为：在150～250℃中保温2
‑
3h。
[0019]所述热挤压的速率为1
‑
5％mm/min。
[0020]所述锌合金细棒材的截面为圆形截面和长方截面。
[0021]所述圆形截面直径为Φ6
‑
10.5mm，所述长方截面的边长为6
‑
10mm。
[0022]进一步的，所述每次拉拔的变形量为10％
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25％。
[0023]所述轧制的速度为200
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400mm/s。
[0024]本专利技术采用所述生物可降解Zn
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Mn
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X系合金板材的制备方法制备得到了一种生物可降解Zn
‑
Mn
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X系合金板材，所述Zn
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Mn
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X系合金板材按照重量百分比含量为：合金元素Mn:0
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1％，但不包括0；X为合金元素Li、Mg、Ca、Ag、Al、Cu中的至少一种，所述合金元素X的质量分数为0
‑
0.8％，但不包括0；其他杂质单种元素不超过0.02％，总量不超过0.2％，其余为锌。
[0025]本专利技术还提供了一种生物可降解Zn
‑
Mn
‑
X系合金丝材的制备方法，包括：
[0026](1)按照Zn
‑
Mn
‑
X系合金的重量百分比称取各个组分，Zn
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物可降解Zn
‑
Mn
‑
X系合金板材的制备方法，其特征在于，包括：(1)按照Zn
‑
Mn
‑
X系合金的重量百分比称取各个组分，Zn
‑
Mn
‑
X系合金的重量百分比为：所述合金元素Mn为0
‑
1％，但不包括0；合金元素X为0
‑
0.8％，但不包括0；其余为锌；(2)将各个组分在真空环境和保护气体下加热至熔化均匀，浇铸，去除氧化皮得到锌合金铸锭；(3)将所述锌合金铸锭在150
‑
350℃中保温2
‑
3h后进行热挤压，挤压比大于20，得到锌合金棒材；(4)将所述锌合金棒材在室温下多道次锻压或拉拔，每次锻压或拉拔的变形量为3％
‑
25％，得到锌合金细棒材；(5)将所述锌合金细棒材在170～230℃中保温10
‑
40分钟后进行多道次热轧制，每次轧制均需热保温5min以上，轧制速度为50mm
‑
400mm/s，每次的轧制变形量在2％
‑
15％，最终得到锌合金板材。2.根据权利要求1所述的生物可降解Zn
‑
Mn
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X系合金板材的制备方法，其特征在于，所述X为合金元素Li、Mg、Ca、Ag、Al、Cu中的至少一种。3.根据权利要求1所述的生物可降解Zn
‑
Mn
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X系合金板材的制备方法，其特征在于，所述的将各个组分在真空环境和保护气体下加热至熔化均匀，具体步骤为：将70％
‑
90％的锌原料加热到650℃
‑
700℃，并且在氩气保护下在真空熔炼炉中熔炼，将锌完全溶解后，向溶解的锌中先加入原料Mn，原料Mn熔化完全并搅拌均匀，然后加入原料X，原料X熔化完全并搅拌均匀，再加入剩余的锌，完成熔化并搅拌均匀。4.根据权利要求1所述的生物可降解Zn
‑
Mn
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X系合金板材的制备方法，其特征在于，所述热挤压的速率为1
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5mm/min。5.根据权利要求1所述的生物可降解Zn
‑
Mn
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X系合金板材的制备方法，其特征在于，所述锌合金细棒材的截面为圆形截面和长方截面，所述圆形截面直径为Φ6mm
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Φ10.5mm，所述长方截面的边长为6mm
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10mm。6.根据权利要求1所述的生物可降解Zn
‑
Mn
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X系合金板材的制备方法，其特征在于，所述每次拉拔的变形量为10％
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25％。7.根据权利要求1所述的生物可降解Zn
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽景，朱兴隆，宋振纶，郑必长，姜建军，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：