[發明專利]一種高強高塑性醫用鎂合金及其制備工藝和應用

在審

• 申請號: 201410060521.6
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN104862566A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 李軍雷;萬鵬;譚麗麗;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/04;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及鎂合金材料技術領域，具體涉及一種高強高塑性醫用鎂合金及其制備工藝和應用，該鎂合金用作可降解金屬植入材料。

背景技術

近年來，鎂合金作為新一代可降解生物醫用材料，已成為生物材料研究的前沿課題。與傳統的惰性金屬植入材料（如不銹鋼、鈷鉻合金、鈦合金等）相比，鎂合金可以在患者治療康復之后完全降解，不需二次手術取出，減少了患者的痛苦與費用。鎂合金具有金屬材料所具備的良好的機械性能和加工性能，同時鎂是一種人體所必須的微量元素，參與人體多項生理活動，因此鎂表現出優良的生物相容性。很多研究結果表明，鎂合金還有多種生物功能化作用。因此鎂合金以其優異的綜合性能，有望成為理想的可降解金屬植入材料。

隨著鎂合金作為生物材料研究應用領域中的不斷拓展，對鎂合金各方面的性能要求也越來越高，越來越多樣化。例如，鎂合金作為可降解心血管支架材料，支架在使用過程中要經歷較大的塑性變形，在體內服役過程中，支架需要對發生病變狹窄部位的血管提供持續足夠的支撐力，這就要求鎂合金必須有足夠的強度；作為可降解的縫合線材料，縫合線在使用時的打結過程也要求鎂合金必須具備優良的塑性變形能力，同時縫合線還必須具備較高的強度，對傷口提供足夠的張力固定傷口；鎂合金作為可降解骨釘、骨板或骨填充材料使用時，對鎂合金的強度要求也比較高。但是密排六方晶體結構使鎂合金的塑形變形性能非常有限，而且強度較低，必須通過合理的合金化設計與熱處理制度，以及優化的加工工藝等方式去提高鎂合金的塑性變形能力和強度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強高塑性醫用鎂合金及其制備工藝和應用，該合金既有良好的塑性變形能力，又有較高的強度，且無毒性。

本發明的技術方案是：

一種高強高塑性醫用鎂合金，按重量百分比計，其化學成分為：Zn0.2-6.0％，Mn0.15-0.5％（優選為0.5％），Nd0.5-2.0％，限制雜質元素含量為：Fe＜0.006％，Cu＜0.005％，Ni＜0.006％，其余為Mg。

本發明合金的制備工藝包括如下步驟：

（1）均質化處理：將鎂合金鑄錠在真空熱處理爐中于400～550℃進行均質化熱處理10個小時，從而使鑄錠的成分與組織均勻化，然后水冷，形成過飽和固溶體；

（2）擠壓處理：擠壓前鑄錠在爐中于390℃預熱2個小時，然后在380℃擠壓，擠壓比36:1，擠壓速度4m/min，采用動物油作為潤滑油，從而獲得所述醫用鎂合金。

上述步驟（1）中所述鎂合金鑄錠的制備步驟如下：

（a）配料：針對不同的成分設計，先進行配料，配料中包括純度為99.99%的Mg錠，純度為99.99%的Zn錠，純度為99.99%的Mg-30Nd中間合金，電解Mn粉；

（b）合金熔煉及澆鑄：在熔煉爐中加入預熱的Mg錠、Zn錠、電解Mn粉，合金熔煉溫度為700℃；待各成分全部熔化后，加入Mg-30Nd中間合金，將溫度升高至720℃繼續熔煉30分鐘，其間攪拌兩次使熔體均勻；在合金熔煉過程中，持續通入保護性氣體；降溫至700℃靜置15-30分鐘，使夾雜物沉降，然后撇去表層浮渣，澆鑄至石墨模具中，石墨模具略帶喇叭口，防止較大的縮孔的出現，最后獲得高純凈度的醫用鎂合金鑄錠。

該醫用鎂合金用作可降解金屬植入材料，如可降解心血管支架材料、可降解的縫合線材料、可降解骨釘、骨板或骨填充材料等。

本發明鎂合金設計原理如下：

本發明涉及一種新型含Zn、Mn以及稀土元素Nd的高強高塑性變形鎂合金，是將金屬元素Zn、Mn和稀土元素Nd作為合金元素加入鎂中形成。Zn元素在鎂基體中有較高的溶解度，有明顯的固溶強化作用，可顯著提高材料的強度；少量Mn元素的加入有助于消除雜質Fe對鎂合金耐蝕性能的影響；Nd元素一方面可以細化變形鎂合金再結晶晶粒，而且還能減弱變形鎂合金織構強度。通過Zn、Mn、Nd三種合金元素的共同作用，可提高鎂合金的強度與塑性及其耐蝕性能。將鑄態鎂合金在400～550℃均勻化處理10個小時，然后水冷，獲得成分與組織均勻的鎂合金擠壓坯料。擠壓前鎂合金于390℃預熱2小時，擠壓溫度380℃，擠壓比36:1，擠壓出口速度4m/min，得到直徑10mm的鎂合金棒材，其既有極高的塑性變形性能和很高的抗拉伸強度，還有非常好的耐腐蝕性能。

本發明有益效果如下：