CN104313391B

CN104313391B - 一种Ti-Mg合金材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN104313391B
Application number: CN201410502175.2A
Authority: CN
Inventors: 刘咏; 程铭; 吴宏; 罗涛; 李开洋; 李建波
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: CN104313391A

Abstract

本发明公开了一种应用于人体组织骨修复材料的Ti‑Mg合金材料及其制备方法，该合金的相组成为Ti、Mg、TiO和MgO，四相含量分别为Ti 70%~80%、Mg 0%~10%、TiO 8%~20%、MgO 2%~5%；本发明利用了机械合金化以及放电等离子烧结制备该Ti‑Mg合金，孔隙率小于1%，维氏硬度为HV400~HV500，抗压强度为1600MPa~1700MPa，弹性模量为12GPa~13GPa、自腐蚀电位为‑900mV~‑800mV，自腐蚀电流密度为50μA/cm²~90μA/cm²。该合金组织均匀、致密度高、力学相容性好、可生物降解、耐腐蚀性能好。

Description

一种Ti-Mg合金材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种Ti-Mg合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

医用钛合金的应用最早可以追溯到20世纪40年代，Both和Leventhal进行了动物实验研究，证实纯钛有良好的组织相容性。20世纪70年代，纯钛和钛合金开始被大量用于制备人工关节、人工骨等替换材料。从20世纪70年代后期开始，Ti-6Al-4V合金凭借其高强度、低弹性模量、优异的耐腐蚀性能和耐摩擦性能在人工关节修复领域得到更多应用。为了避免钒对人体的毒性，欧洲研究者在80年代中期开发了两种无钒的α+β型Ti-5Al-2.5Fe合金和Ti-6Al-7Nb合金，即第二代医用钛合金。这两种合金由于不含钒而具有更好的生物相容性，但它们仍含有毒性元素Al，而且它们的弹性模量比人体骨大得多，容易产生“应力屏蔽效应”，导致植入失败。具有更低模量且有较高强度和耐磨性的β钛合金成为医用钛合金的主要研究方向。β钛合金主要靠添加β相稳定元素，生成β相来降低合金的弹性模量。大量研究发现，Mo、Nb、Ta和Zr元素具有较好的生物相容性和生物安全性，以Ti-Mo，Ti-Nb，Ti-Ta和Ti-Zr为基体的β钛合金凭借优良的性能成为研究的重点。但是Mo、Nb、Ta和Zr等金属的价格昂贵，成本较高，且这些钛合金的弹性模量仍比人骨的弹性模量要高，因此研究Ti-Mg合金为降低钛合金成本和弹性模量提供了方向。

纯镁的密度为1.738g/cm³，镁合金的密度为1.75～1.85g/cm³，都非常接近于人体密质骨的密度（1.75g/cm³）。镁合金具有许多传统生物医用材料所不具备的优点：镁合金的弹性模量接近于人骨的弹性模量；镁合金生物相容性优良；镁对于人体是完全无毒的。人体本身就含有大量的镁离子，研究表明平均每70kg重的人体中含有大约35g的镁，且人体每天需要摄入375mg的镁。与医用陶瓷材料相比，镁合金具有良好的力学强度和高断裂韧性，更适合于作为硬组织植入材料。生物医用镁合金凭借其良的生物相容性和生物活性在骨科内置物、骨组织工程支架、心血管支架、外科手术和牙科种植材料领域得到了一定的应用。虽然镁及其合金作为生物材料的研究已经有将近两个世纪的历史，其在生物材料领域也显示了广阔的应用前景，但是生物医用镁合金的研究还处于起步阶段，其从基础研究到临床应用仍需要进一步的探究。大量研究表明，降解速率过快已经成为限制镁合金在生物材料领域应用的最主要原因。

据报道，已有很多研究人员通过各种不同的方法将抗腐蚀性能优良的Ti元素加入到镁合金中去，从而制备出抗腐蚀性能得到改善的Mg-Ti二元合金。然而，作为一种新型的合金材料，人们尚未完全认识到钛镁系合金众多的性能和特点，目前大部分研究者主要就其储氢性能和光电性能展开研究。

用机械合金化的方法制备Ti-Mg合金，是以钛粉和镁粉为原材料，混合成一定比例的混合料，与相应比例的磨球一同装入球磨罐中，放入高能球磨机中进行球磨。在高速运转过程中，混合粉会与球磨罐中的磨球发生激烈碰撞和摩擦，从而使得两种金属粉末在强力作用下结合起来，形成合金，该合金即为固溶体。由于机械合金化能够起到扩展固溶度的作用，可以大大提高Mg在Ti中的固溶度，使其固溶度从0.3at.%扩展到6at.%。各种实验研究表明，机械合金化的确能够提高Mg在Ti中的固溶度。此外，用机械合金化方法制备出的钛镁合金具有良好的储氢性能，被广泛应用于汽车制造等领域，能够有效降低车辆的能源消耗。

放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering, SPS）是一种低温、快速、节能和环保的新材料制备技术，它将等离子活化、加压和烧结融为一体，在粉末颗粒之间通以高频或直流的脉冲电流来加热粉末并同时施加压力，从而实现烧结致密化。在20世纪70年代中期以前，很少有关于放电等离子烧结的报道。直到80年代前后，SPS技术才开始推广应用。1988年，第一台工业型放电等离子烧结设备在日本诞生，并迅速在新材料制备上得到推广。由于SPS技术拥有低温、快速和高致密度等优势，现在国外许多科研院所和高等院校相继配备了SPS设备，并利用SPS设备进行新材料的研发。

现有技术有利用机械合金化和放电等离子烧结的方法制备其他合金，但球磨是一个复杂的体系，不同元素合金需要用到的工艺参数各不相同，这些工艺参数需要通过大量的实验进行探索才能得出。而且到目前为止，国内外尚未发现关于利用机械合金化和放电等离子烧结制备新型生物医用材料Ti-Mg合金研究的报道。此外，关于钛镁系材料应用于生物材料领域也报道较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种Ti-Mg合金材料及其制备方法和应用，得到组织均匀、致密度高、力学相容性好、可生物降解、耐腐蚀性能好的Ti-Mg合金，可作为利于组织骨修复的新型生物医用植入和代替材料。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种Ti-Mg合金材料，该合金为具有均匀弥散分布、层状复合组织结构的固溶体，所述合金的相组成为Ti、Mg、TiO和MgO，四相含量分别为Ti 70%~80%、Mg 0%~10%、TiO 8%~20%、MgO 2%~5%；孔隙率小于1%，维氏硬度为HV400~HV500，抗压强度为1600MPa~1700MPa，弹性模量为12GPa~13GPa、自腐蚀电位为-900mV~-800mV，自腐蚀电流密度为50μA/cm²~90μA/cm²。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的Ti-Mg合金材料的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）粉末混合：按照纯镁粉所占质量分数为5~50wt.%的比例配制纯钛粉和纯镁粉的混合粉末，并加入2~5wt.%的过程控制剂；

（2）机械合金化：将步骤（1）配制的原料粉末放入球磨机中，粉与磨球装入量不超过球磨罐容积的2/3，将球磨罐抽真空，再充入高纯氩气，球磨时间为20~30h，球磨完成后等待球磨罐冷却，然后在充氩气的手套袋中取粉；

（3）放电等离子烧结：将球磨后的Ti-Mg混合粉末放入烧结炉中的烧结模具，进行放电等离子烧结，烧结腔环境为真空，烧结温度为600~900℃，保温时间不少于30s，然后随炉自然冷却至室温，即得到Ti-Mg合金材料。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤（1）中纯钛粉的平均粒度为50~150μm，纯镁粉平均粒度为150~250μm。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤（1）中的过程控制剂为硬脂酸锌。

上述的制备方法中，优选的，所述磨球为尺寸为5mm的小球和10mm的大球的混合磨球，所述球磨机转速为240r/min，球料比为10:1，球磨机正反转交替运行，球磨机每运行20min，暂停5min，以防止球磨罐过热。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤（3）中的烧结模具为石墨模具，该石墨模具的内径为20mm，烧结时在所述Ti-Mg混合粉末与石墨模具之间放置0.5mm厚的石墨纸，以提高导电性。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤（3）中，烧结压力为10KN，烧结保温时先在600℃下保温180s，然后以100℃/min的速率升温至700~900℃，保温30s。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的的Ti-Mg合金材料以及上述制备方法制得的Ti-Mg合金材料在制备人体组织骨修复材料中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1．相对于传统的熔炼方法，用机械合金化的方法能够制备出组织均匀的Ti-Mg合金。Ti-Mg合金中的相组成为Ti、Mg、TiO和MgO，各相之间相互作用弱，该合金可认为是“假合金”。Mg的沸点为1090℃，比Ti的熔点1680℃还要低。因此，利用传统的熔炼方法几乎无法制备出Ti-Mg合金。

2．用机械合金化的方法制备Ti-Mg合金，能够大大提高Mg在Ti中的固溶度，可达到6at.%。根据Ti-Mg二元相图，500℃以下时，Mg在Ti中的固溶度仅为0.3at.%，Ti在Mg中的固溶度约为0.1at.%，固溶度都很小。

3．充分利用放电等离子烧结的工艺优势，主要优点有：升温速度快，每分钟可升温100~500℃；烧结温度比热压烧结温度低200~300℃；烧结时间短，仅需3~10分钟；节约能源，仅需传统烧结工艺的1/5~1/3，加热均匀且生产效率高；其制备的材料组织细小均匀，致密度极高。

4．本发明方法制备的Ti-Mg合金组织均匀（相组成为Ti、Mg、TiO和MgO）、致密度高（大于99%）、力学相容性好（维氏硬度为HV400~HV500，抗压强度为1600MPa~1700MPa，弹性模量为12GPa~13GPa）、可生物降解、耐腐蚀性能好（自腐蚀电位为-900mV~-800mV，自腐蚀电流密度为50μA/cm²~90μA/cm²），可用作人体组织骨修复材料。

5．本发明方法工艺简单、操作方便、周期短，易于实现工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中Ti-10Mg粉末颗粒粒径随球磨时间的变化曲线图。

图2为实施例1中球磨30h后Ti-10Mg粉末的SEM截面图。

图3为实施例中SPS烧结后的Ti-10Mg、Ti-5Mg、Ti-50Mg合金的XRD图谱。

图4为实施例1中SPS烧结后的Ti-10Mg合金的显微组织和标记区域的能谱。

图5为实施例中Ti-10Mg、Ti-5Mg、Ti-50Mg合金试样的应力-应变曲线。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的Ti-Mg合金材料，该合金为具有均匀弥散分布、层状复合组织结构的固溶体，该合金的相组成为Ti、Mg、TiO和MgO，四相含量分别为Ti 79.1%、Mg 4.5%、TiO12.8%、MgO 3.6%；孔隙率为0.56%，维氏硬度为HV406.69，抗压强度为1617.72MPa，弹性模量为12.8GPa、自腐蚀电位为-860.427mV，自腐蚀电流密度为63.71μA/cm²。

本实施例的Ti-Mg合金材料的粉末冶金制备方法，工艺步骤如下：

(1)按照纯Mg粉所占质量分数为10wt.%的比例配制纯Ti粉和纯Mg粉的混合粉末，其中纯Ti粉平均粒度为92.24μm，纯Mg粉平均粒度为206.75μm。此外，加入4wt.%（硬脂酸锌占纯镁粉、纯钛粉及硬脂酸锌三者质量之和的质量分数）的硬脂酸锌作为过程控制剂，以减少球磨过程中的粉末冷焊。

(2)将步骤(1)配制的原料粉末放入球磨机中，粉与磨球装入量不超过球磨罐容积的2/3，选择尺寸5mm的小球和10mm的大球为磨球，球料比10:1，将球磨罐抽真空，再充入高纯氩气，防止球磨过程中粉末接触空气氧化。球磨机转速为240r/min，球磨机正反转交替运行，每运行20min，暂停5min，以防止球磨罐过热。球磨时间4,8,12,16,20,24,30h，每个时间段结束取样分析。球磨完成后等待球磨罐充分冷却，然后在充氩气的手套袋中取粉。

(3) 采用放电等离子烧结炉将步骤(2)球磨30h后的Ti-Mg混合粉末烧结制备成Ti-Mg合金，烧结模具为石墨模具，模具内径20mm，烧结时在粉末与模具之间放置0.5mm厚的石墨纸以提高导电性。烧结腔环境为真空，烧结压力为10KN，烧结工艺为600℃下保温180s，再以100℃/min的速率升温至800℃，然后保温30s。之后随炉自然冷却至室温，退模即得到新型Ti-Mg合金材料。

对不同球磨时间（4,8,12,16,20,24,30h）后的Ti-10Mg粉末颗粒粒径进行测试，结果如图1所示。从图1可以看出，随着球磨时间的延长，粉末颗粒粒径经历了一个急剧下降又略微上升最终缓慢变小的过程。当球磨时间从4h延长到12h，Ti-10Mg粉末颗粒粒径在8h时间内由58.54μm迅速下降到18.44μm，球磨时间延长至16h时，粉末颗粒粒径缓慢降低至13.91μm；当球磨到20h时，颗粒粒径反而略微增大到17.0μm；此后再延长球磨时间，粉末颗粒粒径也一直变小。

利用SEM观察球磨时间30h的Ti-10Mg粉末的显微组织的截面形貌，从图2可以看出粉末被磨球撞击成扁平状，Ti粉与Mg粉形成层状的复合组织，层状组织的层片细小且均匀。

对SPS烧结后的Ti-Mg合金进行X射线衍射以分析其物相组成，图3表明Ti-10Mg合金的相组成为Ti、Mg、TiO和MgO。利用SEM对SPS烧结后的Ti-10Mg合金进行背散射电子像观察和能谱分析，如图4所示，由此可知标识框内为原始Ti、Mg合金化区域，Mg含量较高。通过金相显微镜观察Ti-10Mg合金的孔洞形貌与数量，选取多张金相图片，采用面积法，通过专业图像分析软件Image-Pro Plus统计分析合金的孔隙率。统计结果表明，Ti-10Mg合金的孔隙率为0.56%，即致密度为99.44%。采用小负荷维氏硬度计测试Ti-10Mg合金的硬度，结果为HV维氏硬度406.69。使用Instron3369力学试验机对Ti-10Mg合金进行抗压强度测试，其抗压强度为1617.72MPa。根据抗压测试的应力-应变曲线（图5）可知，Ti-10Mg合金在抗压测试过程中并未发生屈服和塑性变形，材料在小范围的弹性变形后就达到了强度极限，发生断裂。根据压缩应力-应变曲线，对合金的抗压模量进行估算，估算结果显示Ti-10Mg弹性模量约为12.8GPa。人体骨组织的弹性模量范围为4～30GPa，其中致密骨弹性模量为6～20GPa，由此可见本发明制备的Ti-Mg合金既能满足人骨的强度要求，又具有与人骨相匹配的弹性模量，具备了良好的力学相容性。

采用模拟体液为腐蚀介质，通过电化学方法测试Ti-10Mg合金的动电位极化曲线，研究Ti-10Mg合金的电化学耐腐蚀行为。测试所用仪器为普林斯顿（PARSTAT 4000）电化学综合测试仪，利用测试仪配备的Versa Studio软件对极化曲线进行分析计算，得到Ti-10Mg合金的自腐蚀电位为-860.427mV，自腐蚀电流密度为63.71μA/cm²。

上述结果表明，利用本发明方法制备的新型生物医用Ti-10Mg合金具有组织均匀、致密度高、力学相容性好、可生物降解、耐腐蚀性能好等优点，并且工艺简单、操作方便，适合作为利于组织骨修复的新型生物医用植入和代替材料。

实施例2：

一种本发明的Ti-Mg合金材料，该合金为具有均匀弥散分布、层状复合组织结构的固溶体，该合金的相组成为Ti、TiO和MgO，相含量分别为Ti 78.3%、TiO 19.7%、MgO 2%；孔隙率0.32%，维氏硬度为HV465.06，抗压强度为1690.89MPa，弹性模量为12.4GPa、自腐蚀电位为-817.814mV，自腐蚀电流密度为53.73μA/cm²。

(1)按照纯Mg粉所占质量分数为5wt.%的比例配制纯Ti粉和纯Mg粉的混合粉末，其中Ti粉平均粒度为53.36μm，Mg粉平均粒度为152.18μm。此外，加入4wt.%（硬脂酸锌占纯镁粉、纯钛粉及硬脂酸锌三者质量之和的质量分数）的硬脂酸锌作为过程控制剂，以减少球磨过程中的粉末冷焊。

(2)将步骤(1)配制的原料粉末放入球磨机中，粉与磨球装入量不超过球磨罐容积的2/3，选择尺寸5mm的小球和10mm的大球为磨球，球料比10:1，将球磨罐抽真空，再充入高纯氩气，防止球磨过程中粉末接触空气氧化。球磨机转速为240r/min，球磨机正反转交替运行，每运行20min，暂停5min，以防止球磨罐过热。球磨时间20h，结束后取样分析。球磨完成后等待球磨罐充分冷却，然后在充氩气的手套袋中取粉。

(3) 采用放电等离子烧结炉将步骤(2)球磨20h后的Ti-Mg混合粉末烧结制备成Ti-Mg合金，烧结模具为石墨模具，模具内径20mm，烧结时在粉末与模具之间放置0.5mm厚的石墨纸以提高导电性。烧结腔环境为真空，烧结压力为10KN，烧结工艺为600 ℃下保温180s，以100℃/min的速率升温至800℃，然后保温30s。之后随炉自然冷却至室温，退模即得到新型Ti-Mg合金材料。

对SPS烧结后的Ti-Mg合金进行X射线衍射以分析其物相组成，图3表明Ti-5Mg合金的相组成为Ti、TiO和MgO，相含量分别为Ti 78.3%、TiO 19.7%、MgO 2%。通过金相显微镜观察Ti-5Mg合金的孔洞形貌与数量，选取多张金相图片，采用面积法，通过专业图像分析软件Image-Pro Plus统计分析合金的孔隙率。统计结果表明，Ti-5Mg合金的孔隙率为0.32%，即致密度为99.68%。采用小负荷维氏硬度计测试Ti-5Mg合金的硬度，结果为HV维氏硬度465.06。使用Instron3369力学试验机对Ti-5Mg合金进行抗压强度测试，其抗压强度为1690.89MPa。根据抗压测试的应力-应变曲线（图5）可知，Ti-5Mg合金在抗压测试过程中并未发生屈服和塑性变形，材料在小范围的弹性变形后就达到了强度极限，发生断裂。根据压缩应力-应变曲线，对合金的抗压模量进行估算，估算结果显示Ti-5Mg弹性模量约为12.4GPa。人体骨组织的弹性模量范围为4～30GPa，其中致密骨弹性模量为6～20GPa，由此可见本发明制备的Ti-Mg合金既能满足人骨的强度要求，又具有与人骨相匹配的弹性模量，具备了良好的力学相容性。

采用模拟体液为腐蚀介质，通过电化学方法测试Ti-5Mg合金的动电位极化曲线，研究Ti-5Mg合金的电化学耐腐蚀行为。测试所用仪器为普林斯顿（PARSTAT 4000）电化学综合测试仪，利用测试仪配备的Versa Studio软件对极化曲线进行分析计算，得到Ti-5Mg合金的自腐蚀电位为-817.814mV，自腐蚀电流密度为53.73μA/cm²。

上述结果表明，利用本发明方法制备的新型生物医用Ti-5Mg合金具有组织均匀、致密度高、力学相容性好、可生物降解、耐腐蚀性能好等优点，并且工艺简单、操作方便，适合作为利于组织骨修复的新型生物医用植入和代替材料。

实施例3：

一种本发明的Ti-Mg合金材料，该合金为具有均匀弥散分布、层状复合组织结构的固溶体，该合金的相组成为Ti、Mg、TiO和MgO，四相含量分别为Ti 76.7%、Mg 9.9%、TiO8.4%、MgO 5%；孔隙率0.91%，维氏硬度为HV401.17，抗压强度为1603.06MPa，弹性模量为12.1GPa、自腐蚀电位为-896.209mV，自腐蚀电流密度为85.92μA/cm²。

(1)按照纯Mg粉所占质量分数为50wt.%的比例配制纯Ti粉和纯Mg粉的混合粉末，其中Ti粉平均粒度为146.73μm，Mg粉平均粒度为247.13μm。此外，加入4wt.%（硬脂酸锌占纯镁粉、纯钛粉及硬脂酸锌三者质量之和的质量分数）的硬脂酸锌作为过程控制剂，以减少球磨过程中的粉末冷焊。

(2)将步骤(1)配制的原料粉末放入球磨机中，粉与磨球装入量不超过球磨罐容积的2/3，选择尺寸5mm的小球和10mm的大球为磨球，球料比10:1，将球磨罐抽真空，再充入高纯氩气，防止球磨过程中粉末接触空气氧化。球磨机转速为240r/min，球磨机正反转交替运行，每运行20min，暂停5min，以防止球磨罐过热。球磨时间30h，结束后取样分析。球磨完成后等待球磨罐充分冷却，然后在充氩气的手套袋中取粉。

(3) 采用放电等离子烧结炉将步骤(2)球磨30h后的Ti-Mg混合粉末烧结制备成Ti-Mg合金，烧结模具为石墨模具，模具内径20mm，烧结时在粉末与模具之间放置0.5mm厚的石墨纸以提高导电性。烧结腔环境为真空，烧结压力为10KN，烧结工艺为600 ℃下保温180s，以100℃/min的速率升温至800℃，然后保温30s。之后随炉自然冷却至室温，退模即得到新

型Ti-Mg合金材料。

对SPS烧结后的Ti-Mg合金进行X射线衍射以分析其物相组成，图3表明Ti-50Mg合金的相组成为Ti、TiO、Mg和MgO，相含量分别为Ti 76.7%、Mg 9.9%、TiO 8.4%、MgO 5%。通过金相显微镜观察Ti-50Mg合金的孔洞形貌与数量，选取多张金相图片，采用面积法，通过专业图像分析软件Image-Pro Plus统计分析合金的孔隙率。统计结果表明，Ti-50Mg合金的孔隙率为0.91%，即致密度为99.09%。采用小负荷维氏硬度计测试Ti-50Mg合金的硬度，结果为HV维氏硬度401.17。使用Instron3369力学试验机对Ti-50Mg合金进行抗压强度测试，其抗压强度为1603.06MPa。根据抗压测试的应力-应变曲线（图5）可知，Ti-50Mg合金在抗压测试过程中并未发生屈服和塑性变形，材料在小范围的弹性变形后就达到了强度极限，发生断裂。根据压缩应力-应变曲线，对合金的抗压模量进行估算，估算结果显示Ti-50Mg弹性模量约为12.1GPa。人体骨组织的弹性模量范围为4～30GPa，其中致密骨弹性模量为6～20GPa，由此可见本发明制备的Ti-Mg合金既能满足人骨的强度要求，又具有与人骨相匹配的弹性模量，具备了良好的力学相容性。

采用模拟体液为腐蚀介质，通过电化学方法测试Ti-50Mg合金的动电位极化曲线，研究Ti-50Mg合金的电化学耐腐蚀行为。测试所用仪器为普林斯顿（PARSTAT 4000）电化学综合测试仪，利用测试仪配备的Versa Studio软件对极化曲线进行分析计算，得到Ti-50Mg合金的自腐蚀电位为-896.209mV，自腐蚀电流密度为85.92μA/cm²。

上述结果表明，利用本发明方法制备的新型生物医用Ti-50Mg合金具有组织均匀、致密度高、力学相容性好、可生物降解、耐腐蚀性能好等优点，并且工艺简单、操作方便，适合作为利于组织骨修复的新型生物医用植入和代替材料。

Claims

1.一种Ti-Mg合金材料的制备方法，该Ti-Mg合金为具有均匀弥散分布、层状复合组织结构的固溶体，所述合金的相组成为Ti、Mg、TiO和MgO，四相含量分别为Ti 70%~80%、Mg 0%~10%、TiO 8%~20%、MgO 2%~5%；孔隙率小于1%，维氏硬度为HV400~HV500，抗压强度为1600MPa~1700MPa，弹性模量为12GPa~13GPa、自腐蚀电位为-900mV~-800mV，自腐蚀电流密度为50μA/cm²~90μA/cm²，所述制备方法包括以下工艺步骤：

（1）粉末混合：按照纯镁粉所占质量分数为5~50wt.%的比例配制纯钛粉和纯镁粉的混合粉末，并加入2~5wt.%的过程控制剂；本步骤中纯钛粉的平均粒度为50~150μm，纯镁粉平均粒度为150~250μm；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过程控制剂为硬脂酸锌。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磨球为尺寸为5mm的小球和10mm的大球的混合磨球，所述球磨机转速为240r/min，球料比为10:1，球磨机正反转交替运行，球磨机每运行20min暂停5min。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的烧结模具为石墨模具，该石墨模具的内径为20mm，烧结时在所述Ti-Mg混合粉末与石墨模具之间放置0.5mm厚的石墨纸。

5.根据权利要求1~3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，烧结压力为10KN，烧结保温时先在600℃下保温180s，然后以100℃/min的速率升温至700~900℃，保温30s。

6.一种由权利要求1至5任一所述的制备方法制得的Ti-Mg合金材料在制备人体组织骨修复材料中的应用。