CN104451302A - 一种医用镁合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种医用镁合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于医用合金材料领域，涉及一种医用镁合金材料及其制备方法，所述的医用镁合金材料中铂为0.6wt%-1.8wt%、钴为4wt%-9wt%、锰为2.5wt%-6.5wt%、铁为15wt%-22wt%、钯为0.4wt%-0.9wt%、钛为12wt%-20wt%，余量为镁。制备方法包括以下步骤：（1）按重量取铂、钴、锰、铁、余量为镁；（2）升温至真空熔炼炉内温度为1090-1120℃，高温真空熔炼；（3）投入钯和钛，再继续真空熔炼；（4）退火处理，将真空熔炼炉内温度降低至640-670℃时，保持温度恒定90min；（5）缓慢降低至室温，为医用镁合金材料。

Description

一种医用镁合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于医用合金材料领域，涉及一种镁合金材料及其制备方法，特别是涉及一种医用镁合金材料及其制备方法。
背景技术
医用合金材料的用途非常广泛。医用合金材料制成的医疗器件植入人体后，可替代人体组织或器官的全部或部分功能；或用于治疗、修复人体组织或器官，使其恢复全部或部分功能。常用的医用合金材料按用途分为齿科材料、骨科材料、软组织修复材料和辅助治疗用材料。按材料性质又分为：医用不锈钢；有奥氏体、马氏体、铁素体和沉淀硬化型不锈钢，奥氏体不锈钢无磁性、抗腐蚀性能好，广泛用于制作人工关节、骨折内固定器械、各种齿冠、冠桥、固定支架、植入电极、人工心脏瓣膜等。医用钴基合金；主要有钴铬钼合金、钴铬钨镍合金、钴镍合金等。其力学性能、耐腐蚀性能及生物相容性均好，多用于制造体内承载的长期植入件，还用于制造人工关节、心血管支架、人工心脏瓣膜及用作齿科材料。医用贵金属；有金、银、铂及其合金。贵金属具有独特稳定的物理和化学性能，多用于制造心脏起搏器、植入电极，并用于牙齿修复等。医用钛及其合金；生物相容性好、耐腐蚀性好、合金密度小、弹性模量值较低，具有一定的力学相容性。主要用于整形外科，也用于制造人工心脏瓣膜和瓣笼等。此外，医用金属材料还有钽、铌、锆材料及形状记忆合金。医用镁合金材料具有密度合适、强度高、生物相容性好等特点。
 
发明内容
要解决的技术问题：镁合金材料作为一种新型的医用合金材料，具备着一些显著的优点，如硬度和强度较高，并且生物相容性较好，但是常规的镁合金材料的耐腐蚀性能较差，本发明的目的是提供一种新的具有较高的强度和硬度、耐腐蚀性良好、生物相容性良好的医用镁合金材料及其制备方法。
技术方案：为了解决上述问题，本发明公开了一种医用镁合金材料，所述的医用镁合金金材料包括下述重量的材料：
铂       0.6wt%-1.8wt%、
钴       4wt%-9wt%、
锰       2.5wt%-6.5wt%、
铁       15wt%-22wt%、
钯       0.4wt%-0.9wt%、
钛       12wt%-20wt%、
余量为镁。
所述的一种医用镁合金材料，包括下述重量的材料：
铂       1.0wt%-1.4wt%、
钴       5wt%-7wt%、
锰       3.5wt%-5.5wt%、
铁       17wt%-20wt%、
钯       0.6wt%-0.8wt%、
钛       14wt%-18wt%、
余量为镁。
一种医用镁合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量取金属材料，具体百分比为铂为0.6wt%-1.8wt%、钴为4wt%-9wt%、锰为2.5wt%-6.5wt%、铁为15wt%-22wt%、余量为镁；
（2）将上述的各金属材料投入真空熔炼炉中，升温速率为40-60℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1090-1120℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为80-1000Pa，真空熔炼的时间为2-3h；
（3）再向真空熔炼炉内投入钯和钛，重量百分比钯为0.4wt%-0.9wt%、钛为12wt%-20wt%，保持温度和压强恒定，再继续真空熔炼1h-3h；
（4）将真空熔炼炉进行退火处理，降温速率为45-65℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至640-670℃时，保持温度恒定，时间为90min；
（5）降温速率为30-45℃/min，缓慢降低至室温，为医用镁合金材料。
所述的一种医用镁合金材料的制备方法，制备方法中铂为1.0wt%-1.4wt%、钴为5wt%-7wt%、锰为3.5wt%-5.5wt%、铁为17wt%-20wt%、钯为0.6 wt%-0.8wt%、钛为14wt%-18wt%、余量为镁。
所述的一种医用镁合金材料的制备方法，制备方法步骤（2）中升温速率为50℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1100℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为300Pa，真空熔炼的时间为3h。
所述的一种医用镁合金材料的制备方法，制备方法步骤（3）中保持温度和压强恒定，再继续真空熔炼2h。
所述的一种医用镁合金材料的制备方法，制备方法步骤（4）中降温速率为55℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至655℃时，保持温度恒定，时间为90min。
所述的一种医用镁合金材料的制备方法，制备方法步骤（5）中降温速率为40℃/min。
有益效果：本发明的医用镁合金材料中包括铂、钴、锰、铁、钯、钛和镁。制备工艺包括真空熔炼、保温、退火等步骤。制备的镁合金材料具备了非常好的硬度和抗拉强度、断裂延伸率，另外还具有良好的耐腐蚀强度和生物相容性。可以作为医用合金材料用于牙齿种植材料、接骨板材料等的应用中。
 
具体实施方式
实施例1
（1）按重量取金属材料，具体百分比为铂为1.8wt%、钴为9wt%、锰为2.5wt%、铁为15wt%、余量为镁；
（2）将上述的各金属材料投入真空熔炼炉中，升温速率为60℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1120℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为1000Pa，真空熔炼的时间为3h；
（3）再向真空熔炼炉内投入钯和钛，重量百分比钯为0.9wt%、钛为12wt%，保持温度和压强恒定，再继续真空熔炼3h；
（4）将真空熔炼炉进行退火处理，降温速率为65℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至670℃时，保持温度恒定，时间为90min；
（5）降温速率为30℃/min，缓慢降低至室温，为医用镁合金材料。
实施例2
（1）按重量取金属材料，具体百分比为铂为0.6wt%、钴为4wt%、锰为6.5wt%、铁为22wt%、余量为镁；
（2）将上述的各金属材料投入真空熔炼炉中，升温速率为40℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1090℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为80Pa，真空熔炼的时间为2h；
（3）再向真空熔炼炉内投入钯和钛，重量百分比钯为0.4wt%、钛为20wt%，保持温度和压强恒定，再继续真空熔炼1h；
（4）将真空熔炼炉进行退火处理，降温速率为45℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至640℃时，保持温度恒定，时间为90min；
（5）降温速率为45℃/min，缓慢降低至室温，为医用镁合金材料。
实施例3
（1）按重量取金属材料，具体百分比为铂为1.0wt%、钴为7wt%、锰为3.5wt%、铁为17wt%、余量为镁；
（2）将上述的各金属材料投入真空熔炼炉中，升温速率为60℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1120℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为1000Pa，真空熔炼的时间为3h；
（3）再向真空熔炼炉内投入钯和钛，重量百分比钯为0.6wt%、钛为18wt%，保持温度和压强恒定，再继续真空熔炼3h；
（4）将真空熔炼炉进行退火处理，降温速率为65℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至670℃时，保持温度恒定，时间为90min；
（5）降温速率为30℃/min，缓慢降低至室温，为医用镁合金材料。
实施例4
（1）按重量取金属材料，具体百分比为铂为1.4wt%、钴为5wt%、锰为5.5wt%、铁为20wt%、余量为镁；
（2）将上述的各金属材料投入真空熔炼炉中，升温速率为40℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1090℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为80Pa，真空熔炼的时间为2h；
（3）再向真空熔炼炉内投入钯和钛，重量百分比钯为0.8wt%、钛为14wt%，保持温度和压强恒定，再继续真空熔炼1h；
（4）将真空熔炼炉进行退火处理，降温速率为45℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至640℃时，保持温度恒定，时间为90min；
（5）降温速率为45℃/min，缓慢降低至室温，为医用镁合金材料。
实施例5
（1）按重量取金属材料，具体百分比为铂为1.2wt%、钴为6wt%、锰为4.5wt%、铁为19wt%、余量为镁；
（2）将上述的各金属材料投入真空熔炼炉中，升温速率为50℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1100℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为300Pa，真空熔炼的时间为3h；
（3）再向真空熔炼炉内投入钯和钛，重量百分比钯为0.7wt%、钛为16wt%，保持温度和压强恒定，再继续真空熔炼2h；
（4）将真空熔炼炉进行退火处理，降温速率为55℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至655℃时，保持温度恒定，时间为90min；
（5）降温速率为40℃/min，缓慢降低至室温，为医用镁合金材料。
对比例1
（1）按重量取金属材料，具体百分比为铂为1.8wt%、钴为9wt%、锰为2.5wt%、铁为15wt%、余量为镁；
（2）将上述的各金属材料投入真空熔炼炉中，升温速率为60℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1120℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为1000Pa，真空熔炼的时间为3h；
（3）将真空熔炼炉进行退火处理，降温速率为65℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至670℃时，保持温度恒定，时间为90min；
（4）降温速率为30℃/min，缓慢降低至室温，为医用镁合金材料。
对比例2
按下述重量比称取原材料：锌1.8wt%、锰1.0wt%、钕粉1.5wt%、钙粒0.5wt%，余量为Mg。将原材料放入石墨坩埚中以高纯氩气为保护气体在真空感应电炉中熔炼合金，待熔炼温度达到770℃时启动电磁搅拌装置，搅拌10-20min 且其间倾转坩埚数次，以保证合金元素在熔体中的充分均匀分布，然后在合金熔体中加入质量百分含量为总原材料0.5-0.8%的C2Cl6 精炼剂精炼处理3-5min，之后搅拌熔体、待其冷却到700-720 ℃时浇入预热温度为260-280℃的模具中形成合金铸锭。
实施例1至5和对比例1和2的镁合金材料的抗拉强度、断裂延伸率、维氏硬度如下：
  抗拉强度（MPa） 断裂延伸率 维氏硬度
实施例1 291 21% 238
实施例2 286 20% 231
实施例3 324 21% 249
实施例4 331 22% 244
实施例5 357 25% 267
对比例1 256 20% 225
对比例2 274 19% 233
从实施例1至5的医用镁合金材料的测试性能中可以观察出，本发明的医用镁合金材料具备了良好的硬度、抗拉强度和断裂延伸率，显著的高于对比例和对比例2的相应指标。在具备了上述良好的性能和强度后，本发明的医用镁合金材料可用于牙科合金材料、接骨板材料等的使用中。

Claims (8)

1.一种医用镁合金材料，其特征在于，所述的医用镁合金金材料包括下述重量的材料：
铂       0.6wt%-1.8wt%、
钴       4wt%-9wt%、
锰       2.5wt%-6.5wt%、
铁       15wt%-22wt%、
钯       0.4wt%-0.9wt%、
钛       12wt%-20wt%、
余量为镁。
2. 根据权利要求1所述的一种医用镁合金材料，其特征在于，所述的医用镁合金金材料包括下述重量的材料：
铂       1.0wt%-1.4wt%、
钴       5wt%-7wt%、
锰       3.5wt%-5.5wt%、
铁       17wt%-20wt%、
钯       0.6wt%-0.8wt%、
钛       14wt%-18wt%、
余量为镁。
3. 一种医用镁合金材料的制备方法，其特征在于所述的医用镁合金材料的制备方法包括以下步骤：
（1）按重量取金属材料，具体百分比为铂为0.6wt%-1.8wt%、钴为4wt%-9wt%、锰为2.5wt%-6.5wt%、铁为15wt%-22wt%、余量为镁；
（2）将上述的各金属材料投入真空熔炼炉中，升温速率为40-60℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1090-1120℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为80-1000Pa，真空熔炼的时间为2-3h；
（3）再向真空熔炼炉内投入钯和钛，重量百分比钯为0.4wt%-0.9wt%、钛为12wt%-20wt%，保持温度和压强恒定，再继续真空熔炼1h-3h；
（4）将真空熔炼炉进行退火处理，降温速率为45-65℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至640-670℃时，保持温度恒定，时间为90min；
（5）降温速率为30-45℃/min，缓慢降低至室温，为医用镁合金材料。
4. 根据权利要求3所述的一种医用镁合金材料的制备方法，其特征在于所述的医用镁合金材料的制备方法中铂为1.0wt%-1.4wt%、钴为5wt%-7wt%、锰为3.5wt%-5.5wt%、铁为17wt%-20wt%、钯为0.6 wt%-0.8wt%、钛为14wt%-18wt%、余量为镁。
5. 根据权利要求3所述的一种医用镁合金材料的制备方法，其特征在于所述的医用镁合金材料的制备方法步骤（2）中升温速率为50℃/min，升温至真空熔炼炉内温度为1100℃，在此温度下进行高温真空熔炼，真空熔炼炉内压强为300Pa，真空熔炼的时间为3h。
6. 根据权利要求3所述的一种医用镁合金材料的制备方法，其特征在于所述的医用镁合金材料的制备方法步骤（3）中保持温度和压强恒定，再继续真空熔炼2h。
7. 根据权利要求3所述的一种医用镁合金材料的制备方法，其特征在于所述的医用镁合金材料的制备方法步骤（4）中降温速率为55℃/min，将真空熔炼炉内温度降低至655℃时，保持温度恒定，时间为90min。
8. 根据权利要求3所述的一种医用镁合金材料的制备方法，其特征在于所述的医用镁合金材料的制备方法步骤（5）中降温速率为40℃/min。
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