[發明專利]一種高塑性可降解生物醫用Mg-Zn-Zr-Ca-Fe合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810879916.7
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN108950336B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 劉運騰;林濤;周吉學;唐守秋;劉洪濤;馬百常;莊海華
• 申請（專利權）人: 山東省科學院新材料研究所
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04;C22C1/03;C22F1/06;A61L17/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明是一種高塑性可降解生物醫用Mg?Zn?Zr?Ca?Fe合金材料及其制備方法。所述鎂合金各組分的質量百分比為：Zn：2.0?3.0％；Zr：0.5?1.0％；Ca：0.25?0.35％；Fe：0.025～0.03％，其余為Mg及其不可避免的雜質。具體制備方法包括熔煉、鑄造、均勻化處理、熱擠壓、拉拔和人工時效處理，得到滿足生物體液環境服役下的生物醫用鎂合金線材。本發明在鎂合金中添加了對人體無害的合金元素，合金在體內降解后對人體無任何毒性，力學性能優異，具有良好的力學性能和加工性能，有具有適當的腐蝕速率。本發明的高塑性可降解生物醫用Mg?Zn?Zr?Ca?Fe合金材料，斷后伸長率≥25％，適用于制備縫合線等醫用材料。

技術領域

本發明屬于生物醫用多元鎂合金領域，特別涉及一種生物體內可吸收的Mg-Zn-Zr-Ca-Fe多元鎂合金材料。

背景技術

目前，廣泛應用于臨床的生物植入金屬材料主要包括不銹鋼、鈷鉻合金、鈦合金。這些金屬材料均不可降解，其植入物在人體組織功能恢復之后必須通過二次手術取出。因此，可降解的金屬材料未來在生物醫用材料領域具有較好的發展前景。目前正在研發的可降解金屬材料有：鎂合金、鐵合金和鋅合金。鎂合金因具有良好的生物相容性、力學相容性等優點，近年來逐漸成為生物醫用材料領域的研究熱點。鎂的優點具體表現為：(1)它是人體必需的一種礦物質元素，過量時還可以通過尿液排出，因而不會引起中毒反應；(2)楊氏模量與人骨接近，相關植入材料的應用可以有效緩解應力遮擋效應。

近年來，研究者開發了一系列可降解鎂合金，如發明專利《生物體內可吸收的Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料》(專利號：200510111793.5)、發明專利《生物體內可吸收的Mg-Zn-Ca-Fe多元鎂合金材料》(專利號：200510111792.0)、發明專利《生物醫用Mg-Zn-Zr-Mn鎂合金及其制備方法》(申請號：201510870718.0)、發明專利《生物醫用可降解Mg-Zn-Zr-Sc合金及其制備方法》(申請號：201410101431.7)、發明專利《生物醫用可降解耐腐蝕Mg-Zn-Zr合金及制備方法》(申請號：201310275808.6)。上述專利通過對Mg-Zn系合金添加Mn、Sc、Fe、Ca、Zr等元素細化晶粒、改善塑性，但大多數降解鎂合金的延伸率都不高——低于20％，這限制了降解鎂合金的應用范圍。例如，可降解金屬的縫合線雖然具有硬度高、長度不受限等優點，但延伸率較低這一不足，阻礙了其推廣應用。

現有研究表明：對于醫用鎂合金而言，少量的鈣會提高鎂合金的性能和耐蝕性，但是鈣含量過高時會增大合金脆性和降低耐蝕性。鋅的含量對耐蝕性也有一定的影響。當鋅的質量分數大于2.5％時就對金屬的耐蝕性有負面影響。鋯主要目的是用來細化晶粒，其含量一般在(0.6～0.8)wt.％，含量過高會產生偏析。另一方面，鎂合金生物材料應用是存在的主要問題是腐蝕速率過快，特別是雜質含量是影響鎂合金耐蝕性的最重要因素之一，尤其是有害元素，如Fe、Ni、Cu和Co的含量，需控制合金中這些有害元素的含量在容許極限以下(Fe、Cu和Ni 3種元素在Mg中的最高溶限量分別為170×10^-6，1000×10^-6，5×10^-6)以有效提高合金的耐蝕性能。

發明內容

針對現有生物醫用鎂合金存在的不足，本發明提供一種可以應用于生物體植入材料的高塑性的可降解Mg-Zn-Zr-Ca-Fe合金及其制備方法。該合金斷后伸長率超過25％，并且具有良好的生物相容性和可降解性能。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的目的之一是提供了一種高塑性可降解生物醫用Mg-Zn-Zr-Ca-Fe合金材料，由以下重量百分比的元素組成：Zn 2.0～3.0％、Zr 0.5～1.0％、Ca 0.25-0.35％、Fe0.025～0.03％，其余為Mg及其不可避免的雜質。