[發明專利]一種高塑性和可生物降解Zn-Mn系鋅合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201710363727.X
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107177754B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 石章智;王魯寧;張海軍;劉雪峰;于靜
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C18/00
• 分類號: C22C18/00;C22C1/02;C22F1/16;A61L27/58;A61L27/50;A61L27/04;A61L31/14;A61L31/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了高塑性和可生物降解Zn?Mn系鋅合金及其制備方法。屬于生物醫用金屬材料成分設計和制備技術領域。這種鋅合金包括質量百分數為0.1～3％的Mn，余量為Zn。經過真空感應熔煉和塑性加工后具有良好的力學性能，滿足醫用植入體材料的強度和塑性要求。無毒、可體內降解，具備良好的組織相容性和血液相容性，溶出的金屬離子能被生物體吸收利用促進組織器官的修復或通過新陳代謝排出體外。

技術領域

本發明涉及一種高塑性和可生物降解Zn-Mn系鋅合金及其制備方法，屬于生物醫用金屬材料成分設計和制備技術領域。

技術背景

傳統醫用金屬材料主要有不銹鋼、鈦合金和鈷基合金等，它們有良好的耐腐蝕性能。但是，這些材料難以被人體自身降解，一旦植入便長期存在于人體，在完成其醫學功能后，將給人帶來不良影響，因此需要通過二次手術取出，增加了病人的痛苦、經濟和精神負擔。目前，研究較多的生物可降解金屬材料為鎂和鎂合金、鐵及鐵合金。但是，鎂及鎂合金的降解速率過快，并且會在降解過程中釋放氫氣，導致皮下氣腫等不良反應。而鐵及鐵合金雖然可被人體降解，但是降解速率非常緩慢，難以滿足醫療需求。純鋅的標準電極電位為-0.763V，高于純鎂(-2.37V)，低于純鐵(-0.44V)，因此純鋅的腐蝕速率介于純鎂和純鐵之間，有望成為可臨床使用的新型生物醫用可降解材料。現有專利和論文中報道的可生物降解的鋅合金有Zn-Fe系、Zn-Mg系、Zn-Cu系、Zn-Li系、Zn-Al-Mg系、Zn-Ca系、Zn-Sr系和Zn-Ag系合金。

本專利所述合金由鋅元素和錳元素組成。鋅在人體細胞代謝和基因表達等方面有重要作用，能夠促進生長發育、維持細胞結構和參與免疫功能的調節，是人體必需的微量元素。缺鋅將導致厭食、毛發稀疏、傷口愈合緩慢、免疫力低下等病癥。正常成人體內約含2～3g鋅，每天需要攝入13～15mg鋅，其主要在十二指腸和空腸被吸收，主要通過糞便排出，約為5～10mg/d，也有少量鋅通過尿和汗液排出。錳在人體中有促進脂質代謝、參與造血、增強免疫力等作用，有利于防治癌癥、精神分裂和糖尿病等重大疾病，是非常重要的生命元素。缺錳會導致人食欲不振、發育不良、機體衰老和性功能衰退等疾病。正常人體內約含12～20mg錳，主要集中在腦、腎、胰腺和肝臟等器官中，主要通過膽汁、腸道、尿及汗腺排泄，正常人糞便中約含0.04～0.05mg錳。

目前國內外還沒有文獻和專利報道本專利所述Zn-Mn系合金的制備方法及合金性能，并提出將Zn-Mn系合金作為可降解生物醫用材料使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種高塑性Zn-Mn系鋅合金及其制備方法。

一種高塑性和可生物降解Zn-Mn系鋅合金，其特征在于合金元素成分范圍是0.1～3％的Mn，余量為Zn，上述成分范圍以質量百分比計算。

優選合金元素按重量百分比計算：

(1)由99.2％的Zn和0.8％的Mn組成；

(2)由99.6％的Zn和0.4％的Mn組成。

如上所述高塑性和可生物降解Zn-Mn系鋅合金的制備方法，制備步驟如下：

(1)將所述Zn和Mn按照重量百分比分別配料；

(2)將配料后的Zn和Mn放入真空感應熔煉爐中；

(3)在氬氣保護下，將所述原料在750～800℃精煉3～7分鐘，然后澆入高純石墨模具，冷卻至室溫后即得所述鋅合金鑄錠；

(4)將所述鋅合金鑄錠進行軋制；軋制后根據情況決定是否對所述鋅合金進行退火。

進一步的，所述軋制包括下述3種方式，采用其中任一種都能得到成品板材：

(1)熱軋；

(2)熱軋→冷軋；

(3)熱軋→冷軋→循環復合疊軋。