CN105603277A - 一种易降解的医用镁合金材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种易降解的医用镁合金材料，按重量份计，其组分包括镁：100-150份、锌：1-2份、铝：0.1-0.5份、钼：3-5份、钙：2-2.5份，碳：0.1份，铌：3-6份，铁：0.5-1份，锰：1～2份，锗：0.5-1份，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。

Description

一种易降解的医用镁合金材料及制备方法
技术领域
本发明涉及医用器械技术领域，具体涉及一种易降解的医用镁合金材料及制备方法。
背景技术
生物医用材料又叫做生物材料，是指对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官(人工器官)，增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料，生物医用材料通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗。随着现代医学与材料学的发展，医用假肢、人工关节、骨板、骨髓钉、心血管支架、牙齿植入物、心脏瓣膜罩、缝合线等用于制造植入人体内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备在医疗卫生领域的应用日益广泛，作为上述部件的材料，在力学性能，生物相容性和可降解性三方面有较高的要求，既要有类似于人骨的力学性能，又要有良好的生物相容性，并且不产生毒性，并且同时要兼具良好的加工性以降低成本。目前，广泛应用于骨板、骨钉的生物医用材料主要是钛及钛合金、不锈钢及聚乳酸等。但是，这些材料都存在一定的局限性。钛及钛合金、不锈钢等金属材料会发生应力遮挡效应，即将金属材料植入人体后，因其与人骨材料的弹性模量不匹配产生的人骨受力被遮挡效应，会使骨骼强度降低、愈合迟缓。而聚乳酸等高分子材料力学性能差，很难承受较大的负重。近年来，镁合金作为新一代可降解生物医用材料，已成为生物材料研究的前沿课题。与传统的惰性金属植入材料(如不锈钢、钴铬合金、钛合金等)相比，镁合金可以在患者治疗康复之后完全降解，不需二次手术取出，减少了患者的痛苦与费用。镁合金具有金属材料所具备的良好的机械性能和加工性能，有望成为理想的可降解金属植入材料。镁及镁合金有高的比强度和比刚度，纯镁的比强度为133GPa/(g/cm3)，而超高强度镁合金的比强度已达到480GPa/(g/cm3)，比Ti6A14V的比强度(260GPa/(g/cm3))高出近1倍。镁及镁合金的杨氏模量约为45GPa，更接近人骨的弹性模量(20GPa)，能有效降低应力遮挡效应。镁与镁合金的密度约为1.7g/cm3，与人骨密度(1.75g/cm3)接近，远低于Ti6A14V的密度(4.47g/cm3)，符合理想医用材料的要求。然而，镁合金的六方晶体结构特性使其室温变形加工能力受到很大限制，因此存在着加工困难，并且具有耐腐蚀性差，目前医用镁合金也具有加工过程复杂，性能不稳定，成本的缺点，极大限制了镁合金在医用材料领域的应用。
发明内容
本发明目的是提供一种易降解的医用镁合金材料及制备方法，具有降解迅速，易加工，抗腐蚀性好，强度、塑性高的优点。
本发明完整的技术方案包括：
一种易降解的医用镁合金材料，按重量份计，其组分包括镁：100-150份、锌：1-2份、铝：0.1-0.5份、钼：3-5份、钙：2-2.5份，碳：0.1份，铌：3-6份，铁：0.5-1份，锰：1～2份，锗：0.5-1份。
优选的，按重量份计，其组分包括镁：120-140份、锌：1-2份、铝：0.2-0.3份、钼：3-5份、钙：2-2.5份，碳：0.1份，铌：4-5份，铁：0.5-1份，锰：1～2份，锗：0.5-1份。
优选的，按重量份计，其组分包括镁：120份、锌：2份、铝：0.2份、钼：4份、钙：2.5份，碳：0.1份，铌：4份，铁：0.5份，锰：1份，锗：0.5份。
上述医用镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配料：针对所需的成分设计，先进行配料，配料中纯度为99.99％的镁锭，和纯度为99.99％的其余各组分元素铸锭/粉或中间合金铸锭/粉；
(2)合金熔炼：在感应熔炼炉坩埚中加入预热的镁锭、铝锭、锌锭、锰粉，抽真空到10-3-10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率使合金熔炼温度达到700℃；待各成分全部熔化后，依次加入钼、铌锭、钙粉，升高温度至720℃继续熔炼35-45分钟；降温至700℃静置20-30分钟，使夹杂物沉降，然后清除表面浮渣，加入镁-铁合金，镁-锗合金和碳粉，升高温度至710℃继续熔炼10-15分钟，其间采用超声振动使熔体充分熔融均匀；将温度浇铸至石墨模具中，获得高纯净度的医用镁合金铸锭；
(3)对上述医用镁合金铸锭进行均质化热处理后进行后处理加工。
有益效果：本发明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
一种易降解的医用镁合金材料，按重量份计，其组分包括镁：100-150份、锌：1-2份、铝：0.1-0.5份、钼：3-5份、钙：2-2.5份，碳：0.1份，铌：3-6份，铁：0.5-1份，锰：1～2份，锗：0.5-1份。
优选的，按重量份计，其组分包括镁：120-140份、锌：1-2份、铝：0.2-0.3份、钼：3-5份、钙：2-2.5份，碳：0.1份，铌：4-5份，铁：0.5-1份，锰：1～2份，锗：0.5-1份。
优选的，按重量份计，其组分包括镁：120份、锌：2份、铝：0.2份、钼：4份、钙：2.5份，碳：0.1份，铌：4份，铁：0.5份，锰：1份，锗：0.5份。
上述医用镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配料：针对所需的成分设计，先进行配料，配料中纯度为99.99％的镁锭，和纯度为99.99％的其余各组分元素铸锭/粉或中间合金铸锭/粉；
(2)合金熔炼：在感应熔炼炉坩埚中加入预热的镁锭、铝锭、锌锭、锰粉，抽真空到10-3-10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率使合金熔炼温度达到700℃；待各成分全部熔化后，依次加入钼、铌锭、钙粉，升高温度至720℃继续熔炼35-45分钟；降温至700℃静置20-30分钟，使夹杂物沉降，然后清除表面浮渣，加入镁-铁合金，镁-锗合金和碳粉，升高温度至710℃继续熔炼10-15分钟，其间采用超声振动使熔体充分熔融均匀；将温度浇铸至石墨模具中，获得高纯净度的医用镁合金铸锭；
(3)对上述医用镁合金铸锭进行均质化热处理后进行后处理加工。

Claims (4)

1.一种易降解的医用镁合金材料，其特征在于，按重量份计，其组分包括镁：100-150份、锌：1-2份、铝：0.1-0.5份、钼：3-5份、钙：2-2.5份，碳：0.1份，铌：3-6份，铁：0.5-1份，锰：1～2份，锗：0.5-1份。
2.如权利要求1所述的医用镁合金材料，其特征在于，按重量份计，其组分包括镁：120-140份、锌：1-2份、铝：0.2-0.3份、钼：3-5份、钙：2-2.5份，碳：0.1份，铌：4-5份，铁：0.5-1份，锰：1～2份，锗：0.5-1份。
3.如权利要求2所述的医用镁合金材料，其特征在于，按重量份计，其组分包括镁：120份、锌：2份、铝：0.2份、钼：4份、钙：2.5份，碳：0.1份，铌：4份，铁：0.5份，锰：1份，锗：0.5份。
4.一种如权利要求1-4任一项所述医用镁合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配料：针对所需的成分设计，先进行配料，配料中纯度为99.99％的镁锭，和纯度为99.99％的其余各组分元素铸锭/粉或中间合金铸锭/粉；
(2)合金熔炼：在感应熔炼炉坩埚中加入预热的镁锭、铝锭、锌锭、锰粉，抽真空到10-3-10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率使合金熔炼温度达到700℃；待各成分全部熔化后，依次加入钼、铌锭、钙粉，升高温度至720℃继续熔炼35-45分钟；降温至700℃静置20-30分钟，使夹杂物沉降，然后清除表面浮渣，加入镁-铁合金，镁-锗合金和碳粉，升高温度至710℃继续熔炼10-15分钟，其间采用超声振动使熔体充分熔融均匀；将温度浇铸至石墨模具中，获得高纯净度的医用镁合金铸锭；
(3)对上述医用镁合金铸锭进行均质化热处理后进行后处理加工。
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