[發明專利]一種生物醫用可降解鎂基塊體非晶合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201410234982.0
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104018100A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 張濤;逄淑杰;李海飛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;孟卜娟

技術領域

本發明涉及一種塊體非晶合金材料，更具體地說，是一種具有優良的生物相容性的生物醫用可降解Mg-Zn-Ca-Sr系塊體非晶合金及其制備方法。

背景技術

生物醫用可降解材料是一種新型生物醫用材料，它的廣泛使用可以避免不可降解植入材料植入后再取出的二次手術及手術給患者帶來的痛苦，其研發和應用對人類健康和醫學發展具有重要意義。生物醫用可降解鎂合金由于①具有較高的腐蝕速率，可以實現體內降解的功能；②較小的彈性模量能夠弱化應力遮擋效應；③較高的生物安全性，其腐蝕產物很可能不僅對人體無害反而能起到促進骨愈合的作用而得到迅速發展。但是，鎂合金在體內降解過程中通常伴有氫氣的產生，這對患者骨骼及組織的愈合是非常不利的。因此控制鎂合金的腐蝕速率并減少降解過程中的氫氣析出是可降解鎂合金設計開發的重要方向之一。

非晶合金是一種在快速冷卻條件下，將原子凍結在熔融組態而獲得的能在一定溫度范圍內保持相對穩定的亞穩態物質。非晶合金固態時原子排列呈現出短程有序、長程無序的特征，原子的三維空間呈拓撲無序狀的排列。由于其特殊的原子排列結構，非晶合金并不具有晶體材料所具有的晶界與位錯等缺陷，也不存在偏析、第二相等成分起伏。正是由于非晶合金這種特殊的原子結構決定了它特殊的物理、化學性能，與傳統晶態材料相比非晶合金具有高強度、高硬度、大彈性應變極限、低彈性模量、高耐磨性和高耐腐蝕性能。鎂基非晶合金具有優異的非晶形成能力(Mg-Cu-Gd、Mg-Cu-Ag-Gd、Mg-Cu-Ag-Y等非晶合金的尺寸可達厘米級)以及優良的力學和耐腐蝕性能，可以減少降解過程中的氫氣析出。因此，鎂基非晶合金在生物醫用可降解材料方面具有廣闊的應用前景。但是，絕大多數具有優良非晶形成能力的鎂基非晶合金都含有Cu、Ni等高生物毒性元素，從而限制了鎂基非晶合金在生物醫用材料上的應用。因此，開發出高非晶形成能力、高強度、低彈性模量、適宜耐腐蝕性且不含有Cu、Ni等高生物毒性元素的鎂基塊體非晶合金材料，對于生物醫用可降解材料的應用及非晶合金材料的發展都具有重要的意義。

發明內容

本發明技術解決問題：為了提高鎂基非晶合金的耐腐蝕性、力學性能和生物相容性，本發明公開了一種Mg_aZn_bCa_cSr_d非晶合金。通過向Mg-Zn-Ca系非晶合金中添加微量Sr元素進行合金化，從而提高體系非晶形成能力，提高力學性能，并且在模擬人體溶液中的耐腐蝕性能增強，腐蝕速率降低。

本發明是一種生物醫用可降解鎂基塊體非晶合金，該合金的化學成分為Mg_aZn_bCa_cSr_d，其中a的原子百分比為60～73，b的原子百分比為22～35，c的原子百分比為2～6，d的原子百分比為0～2，且a+b+c+d＝100。

所述a的原子百分比為60～65，b的原子百分比為29～35，c的原子百分比為2～6，d的原子百分比為0～2，且a+b+c+d＝100。此成分合金斷裂強度高，腐蝕速率較低，適用于老年患者、骨質疏松病患者等所需治愈時間較長的患者。

所述a的原子百分比為66～68，b的原子百分比為26～32，c的原子百分比為2～6，d的原子百分比為0～2，且a+b+c+d＝100。此成分合金具有優異的非晶形成能力(4～6mm)。

所述a的原子百分比為69～73，b的原子百分比為22～29，c的原子百分比為2～6，d的原子百分比為0～2，且a+b+c+d＝100。此成分合金楊氏模量低，腐蝕速率較快，適用于短期植入使用。

制得的Mg_aZn_bCa_cSr_d塊體非晶合金的組成元素均為無生物毒性元素，不含高生物毒性的Cu和Ni元素，潛在生物毒性大大降低。

制得的Mg_aZn_bCa_cSr_d塊體非晶合金具有較高的非晶形成能力，非晶形成臨界尺寸為6mm。

制得的Mg_aZn_bCa_cSr_d塊體非晶合金具有較好的力學性能，室溫壓縮斷裂強度為750～900MPa，彈性應變為1.9％，楊氏模量為38～48GPa，比強度為2.75×10⁵～2.9×10⁵Nm/kg。