CN105624496A - 一种骨钉及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种骨钉及制备方法，按重量份计，其组分包括镁：镁：100份，碳：0.1份，锌：1.5份，钙：2.5份，铌：0.3份，钼：3份，铁：1份，锰：0.6份，锆：1.5份，铝：0.2份，钛：4份，采用熔炼、制粉、烧结，涂层的方法得到，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。

Description

一种骨钉及制备方法
技术领域
本发明涉及医用器械技术领域，具体涉及一种骨钉及制备方法。
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骨钉及制备方法，具有降解速度稳定，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：
一种骨钉，其特征在于，按重量份计，其组分包括镁：100份，碳：0.1份，锌：1.5份，钙：2.5份，铌：0.3份，钼：3份，铁：1份，锰：0.6份，锆：1.5份，铝：0.2份，钛：4份。
所述骨钉的制备方法，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、锆粉、钛粉，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采用雾化法制成粒度为1-5mm的合金粉,将上述粉加入粘结剂后再双行星混炼机中于150℃混炼50min制成流变性能均匀的喂料，其中粉末装载量为45-60vol％；在注射成形机上向骨钉的模具中直接注射成形，注射温度为160～170℃、注射压力为60～90MPa，得到注射坯体；采用溶剂脱脂和热脱脂后，在真空气氛中进行烧结，真空度为1×10-4Pa，烧结温度为500～1200℃，保温时间为120min，即得所述的骨钉坯。
(4)在所述的骨钉坯上采用等离子喷涂或电沉积的方法涂覆上可降解陶瓷涂层，即得所述的骨钉。
有益效果：本发明制备的骨钉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。合金成分科学，Zr、Ge等元素增加了合金的生物相容性，并且合理的合金成分设置，使得组分之间形成稳定的结合，该合金材料在人体内部环境中，Cr等金属离子不会析出，对人体无害，具有非常良好的生物相容性。Mn、Fe、Mo、Nb等元素在合金中以固溶形式存在，起到固溶强化的作用，有利于烧结或熔炼，Ca，C、Cr、Fe、显著增加了合金的耐腐蚀性，该材料对人体内部环境友好，密度低，具有良好的熔炼、烧结加工性能，耐疲劳、耐腐蚀性能好。
具体实施方式
一种骨钉，其特征在于，按重量份计，其组分包括镁：100份，碳：0.1份，锌：1.5份，钙：2.5份，铌：0.3份，钼：3份，铁：1份，锰：0.6份，锆：1.5份，铝：0.2份，钛：4份。
所述骨钉的制备方法，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、锆粉、钛粉，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采用雾化法制成粒度为1-5mm的合金粉,将上述粉加入粘结剂后再双行星混炼机中于150℃混炼50min制成流变性能均匀的喂料，其中粉末装载量为45-60vol％；在注射成形机上向骨钉的模具中直接注射成形，注射温度为160～170℃、注射压力为60～90MPa，得到注射坯体；采用溶剂脱脂和热脱脂后，在真空气氛中进行烧结，真空度为1×10-4Pa，烧结温度为500～1200℃，保温时间为120min，即得所述的骨钉坯。
(4)在所述的骨钉坯上采用等离子喷涂或电沉积的方法涂覆上可降解陶瓷涂层，即得所述的骨钉。

Claims (2)

1.一种骨钉，其特征在于，按重量份计，其组分包括镁：100份，碳：0.1份，锌：1.5份，钙：2.5份，铌：0.3份，钼：3份，铁：1份，锰：0.6份，锆：1.5份，铝：0.2份，钛：4份。
2.一种如权利要求1-2任一项所述骨钉的制备方法，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、锆粉、钛粉，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采用雾化法制成粒度为1-5mm的合金粉,将上述粉加入粘结剂后再双行星混炼机中于150℃混炼50min制成流变性能均匀的喂料，其中粉末装载量为45-60vol％；在注射成形机上向骨钉的模具中直接注射成形，注射温度为160～170℃、注射压力为60～90MPa，得到注射坯体；采用溶剂脱脂和热脱脂后，在真空气氛中进行烧结，真空度为1×10-4Pa，烧结温度为500～1200℃，保温时间为120min，即得所述的骨钉坯。
(4)在所述的骨钉坯上采用等离子喷涂或电沉积的方法涂覆上可降解陶瓷涂层，即得所述的骨钉。
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