CN107838222A - 生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用 - Google Patents

生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用；首先，将铸态锌合金进行热处理并机加工成圆柱，随后，热挤压成挤压棒材；从挤压棒材上加工出管材挤压坯料，再热挤压成外径Φ3mm～8mm的中间管材；通过若干道次室温轧制至外径为Φ2～3mm，壁厚为0.10～0.20mm的毛细管材坯料；再通过室温拉拔工艺最终拉拔成Φ1～3mm的毛细管材，退火处理，以获得屈服强度Rp0.2:250～450MPa、抗拉强度280～460MPa和延伸率为11％～72％的切割支架用毛细管材。本发明制备的可降解锌合金毛细管材，拥有合适的强度，具有优异的延伸率；适合制备血管支架，神经导管等医用植入产品。

Description

生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种生物材料技术领域的制备方法，具体涉及一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用。
背景技术
金属毛细管材作为可降解心血管支架、神经导管等植入产品的制备材料，对强度、塑性、降解速率以及尺寸精度具有较高的要求。
通过对现有专利文献的检索发现，专利号：ZL201010204716.5，生物可降解镁合金血管内支架的制备方法；专利号：ZL200810150415.1，一种医用镁合金细径薄壁管材的温态拉拔加工方法；专利号：ZL 200710011663.3，一种用于可降解血管支架的镁合金超细薄壁管成形工艺；其中公开的镁合金毛细管材均采用热成型，采用类似的方式来进行锌合金毛细管材制备时存在众多的问题，譬如由于变形过程中存在温度的影响，热挤压后所得的管材的尺寸精度较差。专利号：ZL201310327209.4，生物可降解镁合金血管内支架用毛细管的精密加工方法)所述中公开的镁合金毛细管材在多道次的轧制和拉拔的道次间需要进行去应力退火处理，采用该方法来制备锌合金毛细管材的过程中则会导致锌合金管材发生开裂或者局部缩颈，无法完美成型。采用传统锌合金拉拔、辊拉技术亦会在拉拔过程中出现局部颈缩、拉断等现象，因此，有必要开发一种针对这种全新材料的毛细管材的制备方法。
发明内容
针对上述现有技术的局限，本发明旨在于根据锌合金材料的性能特点，提供一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用，用于克服现有技术无法方便的制备出高塑性锌合金毛细管材的技术难题。
通过本加工方法制备的锌合金毛细管材可以保持原有材料良好的塑性和强度，合适的降解速率，同时具有较高的尺寸精度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1、取铸态锌合金铸锭，进行均匀化热处理；
S2、将热处理后的锌合金机加工成圆柱形坯料；
S3、将圆柱形坯料预热并热挤压成棒材；
S4、从挤压棒材加工出外径Φ10～19.5mm，内径Φ2.7～7.8mm，高度15mm的中空管材挤压坯料；
S5、在加热条件下，将预热后的坯料热挤压成外径Φ3～8mm的中间管材；
S6、中间管材经若干道次室温轧制得外径为Φ2～3mm，壁厚为0.1～0.2mm的毛细管材坯料；
S7、毛细管材坯料经过室温拉拔得外径为Φ1～3mm，壁厚为0.1～0.2mm的毛细管材；
S8、对毛细管材进行退火处理得生物医用可降解锌合金毛细管材。
优选的，所述锌合金为Zn-Cu二元合金、Zn-Li二元合金、Zn-Mg二元合金、Zn-Fe二元合金、Zn-Cu-X多元合金或Zn-Li-X’多元合金，其中X为Mg、li、Fe、Ca、Sr、RE、Y中的至少一种，X’为Mg、Fe、Ca、Sr、RE、Y中的至少一种。
优选的，步骤S1中，所述热处理为热处理温度350-380℃，保温时间8-10小时，淬火。
优选的，步骤S3中所述预热温度为250-300℃，保温时间1小时。
优选的，步骤S5中所述预热温度为250-300℃，保温时间1小时。
优选的，步骤S6中若干道次室温轧制与步骤S7中室温拉拔的道次间不进行任何热处理。
优选的，所述若干道次室温轧制的道次数与中间管材和毛细管材坯料相关，每道次的变形量选择为7％-20％。
优选的，步骤S8中，所述退火处理为退火温度280-330℃，退火时间0.5小时，氩气保护，随炉冷却。
本发明还涉及一种上述的方法制得的生物医用可降解锌合金毛细管材的用途，所述生物医用可降解锌合金毛细管材经激光切割并经电化学抛光及清洗后制得医用植入产品。
优选的，所述电化学抛光采用的抛光液每1000mL含有如下成分：800mL乙醇、200mL乙二醇、100g硫氰酸氨、200～250g铬酐。
优选的，所述医用植入产品为可降解锌合金血管支架或神经导管。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)相比中国三项专利(专利号：ZL201010204716.5，生物可降解镁合金血管内支架的制备方法；专利号：ZL200810150415.1，一种医用镁合金细径薄壁管材的温态拉拔加工方法；ZL200710011663.3，一种用于可降解血管支架的镁合金超细薄壁管成型工艺)所述的镁合金毛细管材采用热成形来说，本发明采用室温轧制和室温拉拔工艺，操作工艺更简单方便，可操作性强，且室温变形不会产生表面无氧化层，制备出来的管材的尺寸精度更高，光洁度更好。
(2)相比中国专利(专利号：ZL201310327209.4，生物可降解镁合金血管内支架用毛细管的精密加工方法)来说，本发明进行多道次室温轧制和室温拉拔工艺，省去了多道次间的退火热处理，节约能源的同时也缩短了工艺流程。更重要的是，采用中国专利(专利号：ZL201310327209.4，生物可降解镁合金血管内支架用毛细管的精密加工方法)所述的工艺无法制备出合格的锌合金毛细管材。
(3)中国专利(专利号：ZL201410051207.1，一种医用生物可降解锌合金毛细管材的制备方法)公布了一种医用生物可降解锌合金毛细管材的制备方法。该专利中采用棒材钻成中间管材，同时在多道次的轧制和拉拔的过程中，分别在第二道次、第五道次、第八道次进行退火处理。本发明采用挤压的方式来制备中间管材，相比棒材钻成中间管材来说大大的提高了原材料的使用率，制备出的中间管材比棒材钻成中间管材精度更高，同时，省去了第二道次、第五道次、第八道次的退火处理。工艺可控性、可操作性更好，且得到的管材的塑性更好。
(4)应用此方法制备的锌合金毛细管材壁厚均匀、表面光滑，机械性能优良(屈服强度Rp0.2:250～450MPa、抗拉强度280～460MPa和延伸率为11％～72％)、耐腐蚀性能优于镁合金(模拟体液中的腐蚀速率为0.015-0.033mm/year)，经激光切割和电解抛光后得到的可降解锌合金血管支架、神经导管等产品可满足临床应用要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用；该制备方法包括如下步骤：
1)取铸态锌-铜二元合金的铸锭，进行均匀化处理，处理温度为350℃,保温时间为8-10小时，淬火；
2)将热处理后的锌合金，机加工成Φ60mm的圆柱，此为挤压棒材的坯料；
3)将锌合金坯料在250℃下保温1小时，挤压模具在相同温度下保温，将预热的Φ60mm的圆柱热挤压成Φ20mm的挤压棒材；
4)从Φ20mm的挤压棒材剥去外皮，加工成外径Φ19.5mm，内径Φ7.8mm，高度15mm的中空管材挤压坯料；
5)在步骤(3)相同温度条件下，更换管材挤压模具，将预热的坯料热挤压成外径Φ8mm的管材；
6)外径Φ8mm的管材经若干道次室温轧制直至外径为Φ3mm，壁厚为0.20mm的毛细管材；
7)对毛细管材进行真空退火处理，退火温度为280℃，退火时间0.5小时，随炉冷却，得医用锌合金毛细管材；
8)经激光切割并电化学抛光后得可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
经检测，经过此种制备方法制备的锌合金毛细管材的壁厚均匀，性能为：屈服强度Rp0.2:250MPa、抗拉强度287MPa以及延伸率为72％；耐腐蚀性能：模拟体液中的腐蚀速率为0.015mm/year，进一步采用飞秒激光切割并经电解抛光后可获得可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
实施例2
本实施例涉及一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用；该制备方法包括如下步骤：
1)取铸态锌-锂二元合金的铸锭，进行均匀化处理，处理温度为380℃,保温时间为8-10小时，淬火；
2)将热处理后的锌合金，机加工成Φ60mm的圆柱，此为挤压棒材的坯料；
3)将锌合金坯料在280℃下保温1小时，挤压模具在相同温度下保温，将预热的Φ60mm的圆柱热挤压成Φ20mm的挤压棒材；
4)从Φ20mm的挤压棒材剥去外皮，加工成外径Φ19.5mm，内径Φ4.8mm，高度15mm的中空管材挤压坯料；
5)在步骤(3)相同温度条件下，更换管材挤压模具，将预热的坯料热挤压成外径Φ5mm的管材；
6)外径Φ5mm的管材经若干道次室温轧制和拉拔直至外径为Φ2mm，壁厚为0.15mm的毛细管材；
7)对毛细管材进行真空退火处理，退火温度为330℃，退火时间0.5小时，随炉冷却，获得高精度锌合金毛细管材；
8)经激光切割并电化学抛光后得可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
经检测，经过此种制备方法制备的锌合金毛细管材壁厚均匀，性能为：屈服强度Rp0.2:300MPa、抗拉强度350MPa以及延伸率为25％；耐腐蚀性能：模拟体液中的腐蚀速率为0.023mm/year，进一步采用飞秒激光切割并经电解抛光后可获得可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
实施例3
本实施例涉及一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用；该制备方法包括如下步骤：
1)取铸态锌-铁二元合金的铸锭，进行均匀化处理，处理温度为360℃,保温时间为8小时，淬火；
2)将热处理后的锌合金，机加工成Φ60mm的圆柱，此为挤压棒材的坯料；
3)将锌合金坯料在300℃下保温1小时，挤压模具在相同温度下保温，将预热的Φ60mm的圆柱热挤压成Φ20mm的挤压棒材；
4)从Φ20mm的挤压棒材剥去外皮，加工成外径Φ19.5mm，内径Φ2.8mm，高度15mm的中空管材挤压坯料；
5)在步骤(3)相同温度条件下，更换管材挤压模具，将预热的坯料热挤压成外径Φ3mm的管材；
6)外径Φ3mm的管材经若干道次室温轧制和室温拉拔直至外径为Φ1mm，壁厚为0.10mm的毛细管材；
7)对毛细管材进行真空退火处理，退火温度为300℃，退火时间0.5小时，随炉冷却，获得高精度锌合金毛细管材；
8)经激光切割电化学抛光后得可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
经检测，经过此种制备方法制备的锌合金毛细管材壁厚均匀，性能为：屈服强度Rp0.2:261MPa、抗拉强度293MPa以及延伸率为35％；耐腐蚀性能：模拟体液中的腐蚀速率为0.033mm/year，进一步采用飞秒激光切割并经电解抛光后可获得可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
实施例4
本实施例涉及一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用；该制备方法包括如下步骤：
1)取铸态锌-铜-镁三元合金的铸锭，进行均匀化处理，处理温度为370℃,保温时间为8小时，淬火；
2)将热处理后的锌合金，机加工成Φ60mm的圆柱，此为挤压棒材的坯料；
3)将锌合金坯料在290℃下保温1小时，挤压模具在相同温度下保温，将预热的Φ60mm的圆柱热挤压成Φ20mm的挤压棒材；
4)从Φ20mm的挤压棒材剥去外皮，加工成外径Φ19.5mm，内径Φ2.8mm，高度15mm的中空管材挤压坯料；
5)在步骤(3)相同温度条件下，更换管材挤压模具，将预热的坯料热挤压成外径Φ3.6mm的管材；
6)外径Φ3.6mm的管材经一道次室温轧制和四道次室温拉拔直至外径为Φ3mm，壁厚为0.18mm的毛细管材；
7)对毛细管材进行真空退火处理，退火温度为300℃，退火时间0.5小时，随炉冷却，获得高精度锌合金毛细管材；
8)经激光切割电化学抛光后得可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
经检测，经过此种制备方法制备的锌合金毛细管材壁厚均匀，性能为：屈服强度Rp0.2:350MPa、抗拉强度372MPa以及延伸率为11％；耐腐蚀性能：模拟体液中的腐蚀速率为0.028mm/year，进一步采用飞秒激光切割并经电解抛光后可获得可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
实施例5
本实施例涉及一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法及其应用；该制备方法包括如下步骤：
1)取铸态锌-锂-铁三元合金的铸锭，进行均匀化处理，处理温度为360℃,保温时间为8小时，淬火；
2)将热处理后的锌合金，机加工成Φ60mm的圆柱，此为挤压棒材的坯料；
3)将锌合金坯料在250℃下保温1小时，挤压模具在相同温度下保温，将预热的Φ60mm的圆柱热挤压成Φ20mm的挤压棒材；
4)从Φ20mm的挤压棒材剥去外皮，加工成外径Φ19.5mm，内径Φ2.8mm，高度15mm的中空管材挤压坯料；
5)在步骤(3)相同温度条件下，更换管材挤压模具，将预热的坯料热挤压成外径Φ3.6mm的管材；
6)外径Φ3.6mm的管材经一道次室温轧制和四道次室温拉拔直至外径为Φ3mm，壁厚为0.18mm的毛细管材；
7)外径Φ3.0mm的管材进一步的拉拔，得到外径为1mm，壁厚为0.1mm的毛细管材；
8)对毛细管材进行真空退火处理，退火温度为300℃，退火时间0.5小时，随炉冷却，获得高精度锌合金毛细管材；
9)经激光切割、电化学抛光后即得到可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
经检测，经过此种制备方法制备的锌合金毛细管材壁厚均匀，性能为：屈服强度Rp0.2:450MPa、抗拉强度460MPa以及延伸率为44％；耐腐蚀性能：模拟体液中的腐蚀速率为0.032mm/year，进一步采用飞秒激光切割并经电解抛光后可获得可降解锌合金血管支架、神经导管等植入产品。
综上所述，本发明的可降解锌合金是一种全新的可降解生物医用材料，具有良好的机械性能，降解速率以及生物相容性。特别是具有优异的塑性，有利于加工心血管支架以及支架的压握和扩张等。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、取铸态锌合金铸锭，进行均匀化热处理；
S2、将热处理后的锌合金机加工成圆柱形坯料；
S3、将圆柱形坯料预热并热挤压成棒材；
S4、从挤压棒材加工出外径Φ10～19.5mm，内径Φ2.7～7.8mm，高度15mm的中空管材挤压坯料；
S5、在加热条件下，将预热后的坯料热挤压成外径Φ3～8mm的中间管材；
S6、中间管材经若干道次室温轧制得外径为Φ2～3mm，壁厚为0.1～0.2mm的毛细管材坯料；
S7、毛细管材坯料经过室温拉拔得外径为Φ1～3mm，壁厚为0.1～0.2mm的毛细管材；
S8、对毛细管材进行退火处理得生物医用可降解锌合金毛细管材。
2.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法，其特征在于，所述锌合金为Zn-Cu二元合金、Zn-Li二元合金、Zn-Mg二元合金、Zn-Fe二元合金、Zn-Cu-X多元合金或Zn-Li-X’多元合金，其中X为Mg、li、Fe、Ca、Sr、RE、Y中的至少一种，X’为Mg、Fe、Ca、Sr、RE、Y中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述热处理为热处理温度350-380℃，保温时间8-10小时，淬火。
4.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述预热温度为250-300℃，保温时间1小时。
5.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述预热温度为250-300℃，保温时间1小时。
6.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法，其特征在于，步骤S6中若干道次室温轧制与步骤S7中室温拉拔的道次间不进行任何热处理。
7.根据权利要求1所述的生物医用可降解锌合金毛细管材的制备方法，其特征在于，步骤S8中，所述退火处理为退火温度280-330℃，退火时间0.5小时，氩气保护，随炉冷却。
8.一种根据权利要求1所述的方法制得的生物医用可降解锌合金毛细管材的用途，其特征在于，所述生物医用可降解锌合金毛细管材经激光切割并经电化学抛光及清洗后制得医用植入产品。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述电化学抛光采用的抛光液每1000mL含有如下成分：800mL乙醇、200mL乙二醇、100g硫氰酸氨、200～250g铬酐。
10.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述医用植入产品为可降解锌合金血管支架或神经导管。
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