一种高耐腐蚀性制造技术

一种高耐腐蚀性

【技术实现步骤摘要】
一种高耐腐蚀性Mg
‑
Sc镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及镁合金材料
，具体涉及一种高耐腐蚀性
Mg
‑
Sc
镁合金及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着人口老龄化进程加快以及各种疾病的发生，生物医用植入材料在外科手术中的需求日益增多
。
医用植入材料发展到现在，已经历了裸金属植入器械到药物洗脱植入器械，材料也慢慢由不可降解材料转变为可降解材料
。
目前国内手术中使用的医用植入材料多为不锈钢或钛合金等惰性金属，其中惰性金属有着化学性质稳定
、
机械完整性和支撑性能好等优点，但其化学性质过于稳定，无法通过正常的生理代谢排出体内，而且在植入中后期阶段会出现严重的炎症和排异反应，对患者生理和心理都造成严重影响
。
为了满足四个面向中“面向人民生命健康”的要求
、
临床对植入体的安全性和舒适性不断提高的需求以及生物医用材料的可降解性等要求，医用可降解镁材料受到了世界范围内的关注，但其较差的耐腐蚀性限制了在临床上的应用与发展前景
。
[0003]从热力学上看，镁及其合金较为活泼，电极电位极低，在实际使用中易产生电偶腐蚀并作为阳极被优先腐蚀；同时，镁合金表面形成的
MgO
或
Mg(OH)2
腐蚀产物比
Mg
的体积小，导致腐蚀产物疏松，无法阻止
Mg
的进一步腐蚀
。
由于镁合金的上述特征，使得医用镁合金在人体内环境中的耐腐蚀性能较差，会过早破坏其机械完整性，丧失其支撑性能
。
[0004]为提高镁合金的耐蚀性，通常采用添加合金元素
、
提纯或改变热处理加工工艺等方式
。
微合金化作为一种简单有效的方式不仅能改善镁合金的腐蚀性能，而且对镁合金力学性能方面的提升也有着很好的作用，并改善镁合金的微观结构
。
[0005]在
《A review of the physiological impact of rare earth elements and their uses in biomedical Mg alloys》(W.Weng
，
A.Biesiekierski
，
Y.Li
，
M.Dargusch
，
C.Wen
，
Acta Biomaterialia
，
130
，
80
‑
97(2021))
中研究表明微量钪元素在人体中不损害器官，并且存在明确的排泄途径
。
考虑到单相
Mg
‑
Sc
合金对
MC3T3
细胞系无细胞毒性作用，且显示出优异的血液相容性没有血小板聚集，在申请号为
CN202011294560.4
的中国专利技术中，公开了一种
Mg
‑
Nd
‑
Zn
‑
Sc
医用镁合金，该镁合金耐腐蚀性能极其优异
(0.06mm/y)
，但屈服强度和塑性为
97MPa
和
21
％，仍有不足
。
而在申请号为
CN201810173358.2
的中国专利技术中，其公开了一种可吸收骨科可植入镁合金，其中添加了
0.2
～
0.4
％
Sc
，使得镁合金的力学性能有极大提升
(
抗拉强度
300
±
5MPa
，塑性
15.5
％
)
且人体脐静脉内皮细胞增殖率正常
、
形态正常，但由于多元合金存在大量析出相，导致腐蚀电流极大
(13.1
～
54.3
μ
A/cm2)。
[0006]此外，钪元素固溶于镁合金中能够提高镁合金的强度和塑性，并能显著细化晶粒，同时形成的
Sc2O3致密氧化膜也可提高镁合金的耐腐蚀性能
。
而且现有技术中相关的镁钪合金多为三元及三元以上，尽管
Sc
在镁合金中的固溶度极大
(24.5
％
)
会使镁基体电极电位升高，但合金元素的添加会导致其他析出相的析出
。
析出相的电极电位一般比镁基体高，故而形成电偶腐蚀使腐蚀速率增加
。
在申请号为
CN202010090770.5、CN201911086117.5
以及
CN202110506275.2
的中国专利技术专利中，其中公开的镁合金的耐腐蚀均不够优异，不适用于医用
。
[0007]因此，可以利用微合金化获得高腐蚀性二元医用镁合金，使钪固溶进镁基体提高基体电极电位，减少析出相析出以减少电偶腐蚀提升镁合金耐蚀性
。
且在镁中添加微量的钪，并不会引起炎症等排异反应，表现出良好的生物相容性；在
《Sc
对纯镁力学性能和耐腐蚀性能的影响
》(
张曼玉，上海交通大学，
2018.DOI:10.27307/d.cnki.gsjtu.2018.003459)
中，公开了关于
Mg
‑
Sc
二元铸态镁合金力学性能及腐蚀性能的相关研究
。
其中
Mg
‑
5Sc
的耐腐蚀性能最好，在
3.5wt.
％
NaCl
溶液中的析氢和失重速率分别为
0.4ml/cm2×
day
和
0.61mg/cm2×
day。
但合金浇铸所得力学性能较差，塑性和屈服强度均未超过
10
％和
130MPa。
而在
《
具有形状记忆效应的可降解医用
Mg
‑
Sc
基合金的研发
》(
尹林，上海交通大学，
2019.DOI:10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.002947.)
中谈及了二元
Mg
‑
Sc
合金板材的腐蚀性能及细胞相容性，其采用了感应熔炼
‑
均匀化热处理
‑
挤压
‑
轧制
‑
相转变热处理获得
0.7mm
厚的
Mg
‑
19.6Sc
板材，具有良好的耐蚀性
(0.25
～
0.05mm/y)
和较低的细胞毒性
(0
‑1级
)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高耐腐蚀性
Mg
‑
Sc
镁合金，其特征在于，按照重量百分比计，所述镁合金包括以下组分：
Sc
：
0.5
～
5.0wt.
％
、
不可避免杂质小于等于
0.01wt.
％
、
余量为
Mg。2.
根据权利要求1所述一种高耐腐蚀性
Mg
‑
Sc
镁合金，其特征在于，所述镁合金的析氢速率
0.01
～
0.10ml/cm2×
h
，腐蚀速率为
0.1
～
0.5mm/y
，所述镁合金的腐蚀电流为
1.0
～
4.0
μ
A
·
cm
‑2，虚部阻抗为
1800
～
4000
Ω
。3.
根据权利要求1或2所述的一种高耐腐蚀性
Mg
‑
Sc
镁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)
熔炼：将原料
Mg
放入电阻炉坩埚中，持续性通入保护气体，加热使
Mg
完全熔化，再加入原料
Sc
，加热至完全熔化，搅拌混合均匀，然后再次升温至
740℃
时保温
20min
，打掉表面的浮渣，得到纯净的镁合金熔体；
(2)
凝固：将步骤
(1)
中盛有镁合金熔体的坩埚置于
25℃
的盐水中进行冷却，得到镁合金铸锭；
(3)
机加工：将步骤
(2)
中所述铸锭进行机加工后备用；
(4)
固溶处理：将步骤
(3)
中经过机加工处理后的铸锭在
400℃
下进行固溶热处理；
(5)
热挤压成型：将步骤
(4)
中固溶处理后的铸锭于
350℃
下预热
2h
，热挤压后空冷得到挤...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘加，王森巍，汤爱涛，童骏，欧阳思慧，王勇，乔丽英，陈先华，潘复生，童永湘，
申请(专利权)人：浙江镁格尼亚新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：