[發明專利]彌散強化型醫用Mg-Zn-Ce-Ca-Mn合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310733203.7
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103757511A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 江靜華;宋丹;馬愛斌;張凡;郭光輝
• 申請（專利權）人: 南通河海大學海洋與近海工程研究院;河海大學
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04;C22C1/02;C22F1/06;A61L27/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

一、技術領域

本發明屬于生物合金加工技術領域，具體而言，涉及一種彌散強化型醫用Mg-Zn-Ce-Ca-Mn合金及其制備方法。

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二、背景技術

鎂是人體不可缺少的重要營養元素，它具有與人體自然骨十分接近的密度和彈性模量、高的比強度和比剛度、可生物降解性以及良好的生物相容性等特點，近年來在骨內植入物、骨組織工程支架和心血管支架等醫用領域得到了廣泛的關注。用鎂合金制備服役期較短的植入器件，通過其在人體內的生物腐蝕降解從而逐步被吸收代謝，可減少患者因為二次手術引起的痛苦或因植入材料長期遺留在體內所造成的不良影響，故其臨床應用優勢明顯、前景廣闊。但是，如何提高鎂及其合金的耐蝕性和力學性能，避免其在人體生理環境中降解速率過快而難以保證服役期內的機械完整性，始終是令人關注的問題。

彌散強化是金屬強化的重要手段，阻滯陰極過程是改善合金耐蝕性的主要途徑。通過合理的合金化設計及熱處理工藝控制，使鎂合金基體中獲得細小彌散分布的陰極第二相（富含高析氫過電位元素），則可發揮第二相的彌散強化作用，同時阻滯陰極過程并抑制局部腐蝕傾向，最終大幅度提高鎂合金材料的力學性能并改善其耐蝕性。

當前有關醫用鎂合金的研究開發，大都為已有商業鎂合金的生物醫用改造，諸如含?Al?元素的AZ系鎂合金以及含重稀土元素的WE43合金等，其作為生物材料的安全性問題尚欠考慮。對于新型生物醫用鎂合金的設計開發，目前的研究大多也只考慮了二元系合金且進展不大，多元合金化對醫用鎂合金綜合性能影響的還亟待研究。選用Zn、Mn、Ca等營養元素及生物相容性較好的Ce元素對鎂進行合金化，優選固溶和時效組合工藝實現合金微觀組織的調控，有望開發出新型彌散強化型可控降解多元醫用鎂合金。不過，新合金的設計并非幾種生物安全性較好元素的簡單熔合，須綜合考慮各元素之間的相互作用，確定出合適的組合與限用量。

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三、發明內容

本發明的目的在于提供一種彌散強化型醫用Mg-Zn-Ce-Ca-Mn合金，同時提供適用于該材料的一種工藝操作與設備要求簡單的制備方法，提升其成材率及應用潛力。

本發明旨在從生物安全性出發，以Mg-Zn-Ce-Ca-Mn系合金為對象，充分發揮Zn的強化作用、Ce對第二相形態及氧化膜結構的改善作用、Mn細化晶粒及阻滯陰極過程的作用和Ca的骨誘導功效，確定出合適的成分組合，開發新型高強韌耐蝕多元醫用鎂合金及其制備工藝。通過固溶-時效處理，調整鎂基體中的第二相分布形態，顯著改善傳統熔鑄法生產鎂合金的顯微組織缺陷,?通過第二相的時效析出強化效果，大幅度提升其加工性能、力學性能的同時，解決其臨床應用之生物腐蝕速率過快問題，滿足其作為骨板、骨釘、血管內支架等生物植入體材料之綜合性能要求。本發明所要解決的技術問題是，從醫用鎂合金的生物相容性、強韌性和耐蝕性的角度出發，設計并熔煉出成分配比合適的Mg-Zn-Ce-Ca-Mn合金鑄錠，確定出鑄態合金試件的固溶-時效優選工藝，通過第二相的時效析出強化實現其強韌性和耐生物腐蝕性的提高，滿足其作為短期植入的生物醫用材料之降解速率要求。

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本發明的目的是通過以下的技術方案來實現的：

?一種彌散強化型醫用Mg-Zn-Ce-Ca-Mn合金，其特征在于該鎂合金各組分及其重量百分比為：Zn1.9-2.1%，Ce?0.5-1.4%，Ca?0.9-1.0%，Mn?0.4-0.5%,?其余為Mg；在鎂合金基體中彌散分布著粒徑小于5μｍ的第二相。

所述的彌散強化型醫用Mg-Zn-Ce-Ca-Mn合金的方法，其特征在于該制備方法具體制備步驟如下：

1.?一種彌散強化型醫用Mg-Zn-Ce-Ca-Mn合金，其特征在于該鎂合金各組分及其重量百分比為：Zn1.9-2.1%，Ce?0.5-1.4%，Ca?0.9-1.0%，Mn?0.4-0.5%,?其余為Mg；在鎂合金基體中彌散分布著粒徑小于5μｍ的第二相。

2.一種制備權利要求1所述的彌散強化型醫用Mg-Zn-Ce-Ca-Mn合金的方法，其特征在于該制備方法具體制備步驟如下：

1）利用傳統熔鑄法制備鎂合金鑄錠，在保護氣氛中按Zn1.9-2.1%，Ce?0.5-1.4%，Ca?0.9-1.0%，Mn?0.4-0.5%,?其余為Mg的組分熔煉制成合金鑄錠，熔煉溫度為1033K，靜置30min后澆入模具制成錠坯；