CN108372203B - 一种生物医用可降解Zn-Li合金的轧制方法 - Google Patents
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Abstract
一种生物医用可降解Zn‑Li合金的轧制方法，属于生物可降解医用材料和金属轧制技术领域。该方法中合金铸锭均匀化处理为：以2～6℃/min的速度升温至200～280℃，保温1～2小时；再以0.5～1℃/min的速度升温至300～380℃，保温1～2小时；随炉冷却。合金预热后，先进行热轧，开轧温度300～380℃，每道次压下量为25％～40％，共4道次，第二道次后回炉保温10‑20分钟，第四道次后，于水中淬火；再进行温轧，开轧温度60～250℃，压下量为50％～70％，轧制1道次，于水中淬火。本发明通过较为简易的轧制工艺获得了强度高、塑性好的生物可降解的Zn‑Li合金，避免了一般塑性加工方法所导致的型材塑性差的问题，满足了多种人体植入器件的材料使用要求。且该方法成本低廉，易于工厂大规模生产，因此其在医用材料领域具有极高的推广价值和广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物可降解医用材料和金属轧制技术领域，具体为一种增强生物医用可降解Zn-Li合金力学性能的热处理和轧制方法。
背景技术
现阶段，临床应用的人体医用植入材料主要为316L不锈钢、Ti6Al4V等金属材料以及可降解高分子材料。但上述金属材料在人体内不可降解，术后需二次取出，加重了病患的精神和经济负担。而可降解高分子材料力学性能不佳，使用范围有限。因此，可降解金属材料的研究逐步成为近几年医用材料的研究热点，其中，Fe及其合金在人体环境中降解过慢而镁及其合金降解又过快，所以可降解Zn金属凭借其在人体环境中适宜的降解速率(Zn的标准电极电位(-0.763V)处于Mg(-2.372V)与Fe(-0.447V)之间)成为生物医用可降解材料新的研究重心。其次，Zn参与人体细胞发育生长、基因表达、免疫系统和神经系统等大量生理反应过程。因此，Zn及Zn合金作为生物可降解材料引起了广大研究者的极大兴趣。Li元素的药物可治疗狂躁症、中风、老年痴呆症、帕金森氏病和肌萎缩硬化症等疾病。研究表明，Li在Zn中有一定的固溶度，所以其合金可进行一系列加工处理来提高其各方面性能，从而有望达到支架的使用要求。
发明内容
本发明旨在提供一种生物医用Zn-Li合金的轧制方法。通过本发明提供的简易有效的热处理和轧制方法的加工，获得了晶粒细小均匀的显微组织，避免了一般塑性加工方法由于加工硬化所导致的塑性下降的问题，获得了强度塑性均优良的Zn-Li合金，满足人体植入支架的力学使用性能。
一种生物医用Zn-Li合金的轧制方法，其特征在于，轧制方法包括以下步骤：
1)、合金铸锭均匀化处理：将Zn-xLi合金铸锭置于箱式加热烧结炉KSL-1400X中，分
两个阶段进行均匀化处理；
2)、合金预热：将铸锭在300～380℃保温1～1.5小时；
3)、热轧：热轧共4道次，第二道次后回炉保温10～20分钟，第四道次后，于水中淬火；
4)、温轧：将热轧并淬火后的样品，置于60～250℃的加热炉中保温15～30分钟，轧制1
道次，于水中淬火。
进一步地，所述合金的成分为0.1～1.0(wt％)Li，余量为Zn。
进一步地，步骤1)所述合金铸锭尺寸为厚20～23mm。
进一步地，步骤1)所述合金铸锭均匀化处理过程的两个阶段升温速度不同，并在每阶段保温1～2小时，即先以2～6℃/min的速度升温至200～280℃，保温1～2小时；再以0.5～1℃/min的速度升温至300～380℃，保温1～2小时后随炉冷却。
进一步地，步骤3)所述热轧:开轧温度300～380℃，轧辊速度为0.3～0.7m/s，每道次压下量为25％～40％，轧板原始厚度为20～23mm；热轧第二道次后回炉保温温度300～380℃。
进一步地，步骤4)所述温轧:开轧温度60～250℃，轧辊速度为0.3～0.7m/s，压下量为50％～70％。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的生物医用Zn-Li合金在人体内具有适宜的可降解性，可使病患免于二次手术；且Zn生物相容性良好，为人体微量元素，可广泛应用于人体内植入材料的制备；
(2)本发明的生物医用Zn-Li合金轧制工艺简单，成本较低，可满足大规模工业生产，且力学性能达到人体植入支架的使用要求，在医疗领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明Zn-Li合金均匀化处理工艺流程图。
图2是本发明Zn-Li合金轧制工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
均匀化处理：将Zn-0.1(wt％)Li合金铸锭置于箱式加热烧结炉KSL-1400X中，以2℃/min的速度升温至200℃，保温1小时；再以0.5℃/min的速度升温至300℃，保温1小时；随炉冷却。
预热：将铸锭在300℃保温1小时。
热轧：开轧温度300℃，轧辊速度为0.3m/s；第一道次，将厚21mm的合金样品轧制至厚18mm；第二道次，将合金样品轧制至13mm；回炉保温15分钟；第三道次，将合金样品轧制至10mm；第四道次，将合金样品轧制至6mm；于水中淬火；
温轧：将热轧并淬火的样品置于70℃的加热炉内，保温20分钟；开轧温度为70℃，轧辊速度为0.3m/s，将合金样品1道次轧制至厚3mm；于水中淬火。
实施例2
均匀化处理：将Zn-0.5(wt％)Li合金铸锭置于箱式加热烧结炉KSL-1400X中，以4℃/min的速度升温至260℃，保温2小时；再以0.7℃/min的速度升温至330℃，保温2小时；随炉冷却。
预热：将铸锭在330℃保温1.5小时。
热轧：开轧温度330℃，轧辊速度为0.5m/s；第一道次，将厚18mm的合金样品轧制至厚14mm；第二道次，将合金样品轧制至10mm；回炉保温15分钟；第三道次，将合金样品轧制至7mm；第四道次，将合金样品轧制至4mm；于水中淬火。
温轧：将热轧并淬火的样品置于200℃的加热炉内保温30分钟；开轧温度为200℃，轧辊速度为0.5m/s，将合金样品1道次轧制至厚2mm；于水中淬火。
合金性能分析
将上述实施例轧制加工的合金进行拉伸试验测试力学性能，表1为铸锭和实施例1-2分别对应的力学性能数据。从表中数据分析可得出，采用本发明提供的轧制方法可满足生物医用支架材料的力学性能，延伸率大于15％，屈服强度大于200MPa，抗拉强度大于300MPa。
表1力学性能数据
Claims (3)
1.一种生物医用Zn-Li合金的轧制方法，其特征在于，轧制方法包括以下步骤：
1)、合金铸锭均匀化处理：将Zn-xLi合金铸锭置于箱式加热烧结炉KSL-1400X中，分两个阶段进行均匀化处理；
2)、合金预热：将铸锭在300～380℃保温1～1.5小时；
3)、热轧：热轧共4道次，第二道次后回炉保温10～20分钟，第四道次后，于水中淬火；
4)、温轧：将热轧并淬火后的样品，置于60～250℃的加热炉中保温15～30分钟，轧制1道次，于水中淬火；
所述合金的成分为0.1～1.0(wt％)Li，余量为Zn；
步骤1)所述合金铸锭尺寸为厚20～23mm；
步骤1)所述合金铸锭均匀化处理过程的两个阶段升温速度不同，并在每阶段保温1～2小时，即先以2～6℃/min的速度升温至200～280℃，保温1～2小时；再以0.5～1℃/min的速度升温至300～380℃，保温1～2小时后随炉冷却；
所述轧制方法制备的样品满足生物医用支架材料的力学性能，延伸率大于15％，屈服强度大于200MPa，抗拉强度大于300MPa。
2.如权利要求1所述的Zn-Li合金的轧制方法，其特征在于，步骤3)所述热轧:开轧温度300～380℃，轧辊速度为0.3～0.7m/s，每道次压下量为25％～40％，轧板原始厚度为20～23mm；热轧第二道次后回炉保温温度300～380℃。
3.如权利要求1所述的Zn-Li合金的轧制方法，其特征在于，步骤4)所述温轧:开轧温度60～250℃，轧辊速度为0.3～0.7m/s，压下量为50％～70％。
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