[發明專利]一種可降解醫用Zn合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911099617.2
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110656260B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 王紅星;薛亞軍;張炎;曹碩;栢萬;吳燦輝;錢嘉浩;宋子軒;唐金坤;旋浩楠
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: C22C18/00
• 分類號: C22C18/00;C22C1/03;C22F1/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 鄧麗;王偉

本發明涉及一種可降解醫用Zn合金材料及其制備方法，由Zn、Sn、Mg、Cu、Ag、Ca、Sr、Gd、Nd、Zr、Y和Mn組成Zn合金體系，各組分質量百分比為：Sn為5～10.0％，Mg為1～3.5％，Cu為1.5～4.5％，Zr為0~1.0%，Ca為0～1.0％，Sr為0～1.0％，Gd為0～1.0％，Nd為0～1.0％，Y為0～1.0％，Mn為0～1.5％，Ag為0～0.5％，余量為Zn。本發明制備的Zn基合金避免了不利元素的引入，具有良好的力學性能，合適的降解速率，可以滿足醫療器械領域對生物材料的生物安全性和綜合力學性能的要求。

技術領域

本發明涉及的是一種醫用合金及其制備方法，特別是一種用于生物可降解植入材料領域的合金及其制備方法。

背景技術

在生物醫用金屬材料中，除了目前臨床應用的Fe基合金和鈦合金材料外，Mg合金憑借其優良的綜合性能，具有生物材料所具有的的良好力學性能、生物相容性和可體內降解性能，可望作為骨骼、血管支架、齒科植入體等的植入體的生物備選材料。

但生物Mg合金具有快的降解速率，在實現其生物功能前，Mg合金植入體已降解而失去支撐作用；而生物Fe基合金是惰性材料，在體內幾乎不降解，需要二次手術將植入體取出，增加了病人的痛苦以及經濟負擔。由此可見，現有的生物材料還不能很好的滿足人體植入要求。

Zn是人體必需的營養元素之一，具有與生物Mg合金類似的體內降解現象，而且Zn的降解速率介于Mg基合金和鐵基合金之間，接近于人體植入體的要求。但純Zn硬度低、強度差，難以滿足生物植入體對力學性能的要求。目前，采用合金化技術，調控鋅合金組織，改善鋅合金的力學性能和降解速率，但還存在降解速率較慢的不足。

發明內容

本發明針對現有生物材料存在的不足，提供了一種可降解醫用Zn合金材料及其制備方法，所述鋅合金材料兼具有較高的強度和塑性、可調的降解速率。

本發明一種可降解醫用Zn合金材料，由 Zn、Sn、Mg、Cu、Ag、Zr、Ca、Sr、Gd、Nd、Y和Mn組成Zn合金體系，各組分質量百分比為：Sn為5～10.0％，Mg為1～3.5％，Cu為1.5～4.5％，Zr為0~1.0%，Ca為0～1.0％，Sr為0～1.0％，Gd為0～1.0％，Nd為0～1.0％，Y為0～1.0％，Mn為0～1.5％，Ag為0～0.5％，余量為Zn。

一種可降解醫用Zn合金材料的制備方法，包括合金成分設計、熔煉兩部分。其步驟如下：

（1）制備鑄態合金。采用純Cu、純Mg、純Ag、電解Mn、純Sn、純Zn、Mg-Zr中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Ca中間合金和Mg-Sr中間合金作為制備Zn合金的原材料。

首先：將純Zn加入干凈的石墨坩堝內并放入電阻坩堝爐，Zn塊表面覆蓋粒度為15~25毫米的木炭顆粒，溫度設置在450~500℃化Zn，等到Zn大部分熔化后依次加入純Cu，和/或電解Mn，和/或純Ag，升溫至550~600℃，并保溫45~60分鐘；

可選地繼續加入中間合金，具體操作為：待純Zn全部化清后，升溫至650~700℃，把中間合金壓入熔融的金屬液中，所述中間合金選擇Mg-Zr、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Nd、Mg-Ca、Mg-Sr中的一種或多種，并同時攪拌5~10分鐘，

最后：待上述合金熔化后，溫度降至500~550℃時壓入純Mg，澆注前添加純Sn。待合金全部熔化后靜置3~5分鐘，拔渣，出爐，澆注到模溫為180~200℃的金屬型中，制備鑄態Zn合金。

（2）固溶處理工藝：

將步驟（1）獲得的鑄態Zn合金在310~370℃下保溫6~15小時，冰水冷卻。

優選地，固溶處理的溫度為330℃~350℃，冰水冷卻；

優選地，固溶處理保溫時間為6~12小時。