CN110257731B - 全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金及其制备方法 - Google Patents

全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110257731B
CN110257731B CN201910573606.7A CN201910573606A CN110257731B CN 110257731 B CN110257731 B CN 110257731B CN 201910573606 A CN201910573606 A CN 201910573606A CN 110257731 B CN110257731 B CN 110257731B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
amorphous
protective gas
pressure
inert protective
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910573606.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110257731A (zh
Inventor
王见
张章
肖忆楠
赵玲玉
都贝宁
盛立远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University Shenzhen Graduate School
Original Assignee
Peking University Shenzhen Graduate School
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University Shenzhen Graduate School filed Critical Peking University Shenzhen Graduate School
Priority to CN201910573606.7A priority Critical patent/CN110257731B/zh
Publication of CN110257731A publication Critical patent/CN110257731A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110257731B publication Critical patent/CN110257731B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/04—Metals or alloys
    • A61L27/047—Other specific metals or alloys not covered by A61L27/042 - A61L27/045 or A61L27/06
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/58—Materials at least partially resorbable by the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/02—Inorganic materials
    • A61L31/022—Metals or alloys
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/14—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L31/148—Materials at least partially resorbable by the body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/11—Making amorphous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/005—Amorphous alloys with Mg as the major constituent

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种抗腐蚀性强、强度高、生物相容性良好的全吸收Mg‑Zn‑Ag系非晶态合金及其制备方法，所述合金由下述原子百分比的下述组分组成：银0％‑10％，且银含量不为0；锌15％‑40％；杂质0％‑5％；余量为镁。本发明的全吸收Mg‑Zn‑Ag系非晶态合金具有优异的机械强度和硬度，气体释放量低，抗腐蚀性能强，并且在植入人体后可随损伤组织的愈痊逐渐被人体完全吸收降解而无需二次手术取出，是作为人体内可降解的植入材料的优良选择，具有广阔的应用前景。

Description

全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金及其制备方法
技术领域
本发明属于镁基非晶态合金材料领域，具体涉及一种全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金及其制备方法。
背景技术
现代生物医学方面经常要用到一些金属或合金作为人体植入材料，，比如心血管植入支架等。镁及镁合金的密度及弹性模量较其它医用金属材料更为接近人骨的密度和弹性模量，机械性能与人体骨骼相近似，其作为植入材料可有效避免或缓解力遮挡效应而缩短骨组织的愈合过程。此外，镁及镁合金在植入人体后可随损伤组织的愈痊逐渐被人体吸收降解而无需二次手术取出，且由于其良好的生物相容性可避免人体因植入物长期停留造成的组织病变。因此，近年来镁及镁基合金已经成为生物材料，特别是可生物降解材料方面研究的热点。然而，单质镁和现有镁基合金因在人体内抗腐蚀性较弱而导致降解速度过快，限制了其作为植入构件在医学临床的广泛运用。其主要缺点如下：
1)镁的标准电极电位很低，易腐蚀，无法生成有效的保护性氧化膜，特别是体液中的Cl-会加速镁合金的腐蚀，使得镁及镁合金在人体内降解速率过快，容易导致其植入构件在受伤组织未痊愈之前而功能过早丧失；
2)镁及镁合金过快的降解速率导致大量的氢气停留在受伤组织周围，延缓了损伤组织的愈合甚至可能导致周围组织的坏死。
因此，需要一种克服以上缺陷的抗腐蚀性强、强度高、生物相容性良好的镁基非晶态合金。
发明内容
为解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种抗腐蚀性强、强度高、生物相容性良好的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金，同时提供了其制备方法。
本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金由下述原子百分比的下述组分组成：
银 0％-10％，且银含量不为0，
锌 15％-40％，
杂质 0％-5％，
余量为镁。
作为进一步优选的实施方式，所述合金中银的原子百分比为3-7％，进一步所述合金中银的原子百分比为6％
作为进一步优选的实施方式，所述合金中锌的原子百分比为18-25％，进一步所述合金中锌的原子百分比为20％。
在本发明的技术方案中所采用的银、锌、镁均为纯净度≥99.99wt.％的高纯金属。
本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金的制备方法包括以下步骤：
(1)根据设计的合金组分比例称量相应重量的Mg、Zn、Ag原材料；
(2)在高纯惰性保护气体的存在下对称量的Mg、Zn、Ag原材料混合熔炼；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再在高压惰性保护气体的存在下进行金属喷铸；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金。
其中，所述步骤(1)中采用精度为0.0001g的电子天平进行各组分的称重。
作为进一步优选的实施方式，所述步骤(2)的高纯惰性保护气体为氦气，气体压力为1个标准大气压，所述步骤(3)的高压惰性保护气体为氦气，气体压力为10Mpa，其中所述高纯惰性保护气体和高压惰性保护气体也可以是其他惰性气体，比如氩气。
具体来说，本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金的制备方法包括以下步骤：
(1)根据设计的合金组分比例称量相应重量的Mg、Zn、Ag原材料；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金。
针对现有的镁基晶体态合金具有的在人体内降解速率过快、气体释放量过大、晶态合金机械性能不如非晶态合金这几项缺点，本发明的发明人重新设计了合金的成分、配比、热处理方法，通过大量实验分析和比较，最终得到本发明的技术方案。
首先，选取具有良好生物相容性和非晶形成能力的Mg-Zn二元系为基础合金，同时引入符合生理无(低)毒性要求且具有消炎、杀菌作用的Ag改善合金性能，一方面提高合金的非晶形成能力，另一方面改善合金的机械和耐腐蚀性能；
其次，通过Mg-Zn-Ag三元系相平衡实验对非晶态合金成分进行了优化设计，在满足形核驱动力的条件下，优化Mg、Zn、Ag的配比，得到机械性能、耐腐蚀性能、非晶形成能力都极佳的Mg-Zn-Ag三元系非晶态合金，并通过生物医学性能测试和细胞毒性测试，证明本发明的Mg-Zn-Ag三元系非晶态合金还具有优异的生物相容性。
本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金具有如下优点：
1)具有优异的机械强度和硬度，加工性能好，能够满足医用植入材料的要求；
2)气体释放量低，产生的H2少，不会影响组织愈合；
3)抗腐蚀性能强，在人体内的降解速率慢，适宜作为人体内可降解的植入材料，并且在植入人体后可随损伤组织的愈痊逐渐被人体完全吸收降解而无需二次手术取出，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1a和图1b为本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金甩带样品的XRD图；
图2为本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金非晶形成能力的DSC分析图；
图3a和图3b为本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金条带在模拟体液(DMEM+10％FBS溶液)中的生物医学性能测试结果，即降解速率测试；
图4a和图4b为本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金条带细胞毒性测试结果(A1-A6，B1-B6按从左到右顺序排列，Control为用于对比的原始样本)。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的技术方案、特点及有益效果进行进一步的说明，其旨在用于使本领域技术人员更清楚的了解本发明的技术方案而不是用于对本发明的保护范围进行限制。
实施例1：样品A1:Mg76Zn20Ag4
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量76at.％Mg，20at.％Zn和4at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品A1:Mg76Zn20Ag4。
实施例2：样品A2:Mg73Zn23Ag4
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量73at.％Mg，23at.％Zn和4at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氩气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氩气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品A2:Mg73Zn23Ag4。
实施例3：样品A3:Mg70Zn26Ag4
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量70at.％Mg，26at.％Zn和4at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品A3:Mg73Zn23Ag4。
实施例4：样品A4：Mg67Zn29Ag4
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量67at.％Mg，29at.％Zn和4at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品A4：Mg67Zn29Ag4。
实施例5：样品A5：Mg64Zn32Ag4
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量64at.％Mg，32at.％Zn和4at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品A5：Mg64Zn32Ag4。
实施例6：样品A6：Mg60Zn36Ag4
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量60at.％Mg，36at.％Zn和4at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品A6：Mg60Zn36Ag4。
实施例7：样品B1：Mg74Zn20Ag6
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量74at.％Mg，20at.％Zn和6at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品B1：Mg74Zn20Ag6。
实施例8：样品B2：Mg71Zn23Ag6
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量71at.％Mg，23at.％Zn和6at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品B2：Mg71Zn23Ag6。
实施例9：样品B3：Mg68Zn26Ag6
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量68at.％Mg，26at.％Zn和6at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品B3：Mg68Zn26Ag6。
实施例10：样品B4：Mg65Zn29Ag6
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量65at.％Mg，29at.％Zn和6at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品B4：Mg65Zn29Ag6。
实施例11：样品B5：Mg62Zn32Ag6
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量62at.％Mg，32at.％Zn和6at.％Ag。
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品B5：Mg62Zn32Ag6。
实施例12：样品B6：Mg58Zn36Ag6
(1)根据设计的合金组分比例，在精度为0.0001g的电子天平上称量58at.％Mg，36at.％Zn和6at.％Ag；
(2)将称量的Mg、Zn、Ag原材料放入非晶熔炼炉试管中，在高纯惰性保护气体氦气的存在下进行混合熔炼，所述高纯惰性保护气体压力为1个标准大气压，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A；
(3)将得到的合金至少重熔3次，再向非晶熔炼炉试管中通入高压惰性保护气体氦气进行金属喷铸，所述高压惰性保护气体压力为约10Mpa；
(4)喷铸后脱模获得本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金样品B6：Mg58Zn36Ag6。
性能测试及结果分析
1、XRD分析
利用XRD分析确定合金的相组成，样品制备和XRD测试过程如下：
(1)将熔炼好的合金放入陶瓷研钵，加入1-2滴液态石蜡后研磨成粉状；
(2)利用多晶衍射仪对合金进行XRD分析，衍射角度为20-70°，衍射速度为0.05-0.1°/s；
如图1a和1b所示，样品(A1-A5，B1-B5)具有基本一致的峰位，说明本发明制得的合金样品的合金相具有基本相同的结构并拥有很好的非晶形成能力。
2、DSC测试分析
对实施例中制得的12件样品进行DSC测试，确定样品的非晶形成能力。样品制备和DSC测试过程如下：
(1)将熔炼好的合金在砂纸上研磨成近似圆柱型，样品重量＞30mg，一般约60mg；
(2)利用热分析仪器(STA499F3)对处理好的样品进行DSC分析。第一阶段：从室温-500℃，升温速率2℃/min，到500℃后保温10min；第二阶段从500℃-室温降温，降温速率2℃/min。
根据图2所示的DSC测试结果可知，除A6和B6不满足非晶形成条件外，其余10件合金样品均满足非晶形成条件。Ag含量相同的样品非晶形成能力先上升后下降，其中A3和B3非晶形成能力最高。样品中4at.％Ag的非晶形成能力均小于6at.％Ag的样品。
3、生物医学性能测试
对样品进行生物医学性能测试，在介质体积-表面积比为50ml/cm2的溶液中，用质量损失法测量镁合金的腐蚀情况，样品制备和测试过程如下：
(1)将合金样品切割成直径为5mm、长度为5mm的圆柱型试样，在砂纸上抛光至1200砂砾；
(2)将样品在异丙醇中进行超声波清洗并在空气中干燥，紫外线辐射消毒1h；
(3)将样品分别置于含αMEM、10％FBS、100U/mL青霉素和100μg/mL链霉素以及5％CO2的37℃的培养基中浸泡；
(4)样品浸泡1、2、3、4天后分别取出，室温保持干燥并测定样品质量。
腐蚀速率按方程计算：C＝(K×W)/(A×T×D)。其中C是腐蚀速率，mm/year；常数K为8.76×104；W为质量损失，g；A是暴露在溶液中的样本区域，cm2；T是曝光的时间，h；D是材料的密度，g/cm3。
根据图3a和3b所示的生物医学性能测试结果可知，B组合金样品降解速率普遍低于A组，其中降解速率最低的三件样品为A3、B1和B2，其中降解速率:B1>A3>B2。
4、细胞毒性测试
细胞毒性测试样品制备及测试过程如下：
(1)将合金样品切割成直径为5mm、长度为5mm的圆柱型试样，在砂纸上抛光至1200砂砾；
(2)将样品在异丙醇中进行超声波清洗并在空气中干燥，紫外线辐射消毒1h；
(3)将小鼠成骨细胞在含αMEM、10％FBS、100U/mL青霉素和100μg/mL链霉素以及5％CO2的37℃的培养基中培养10分钟，再以4×104细胞/ml的密度在样品上接种细胞，对比样本中不放入样品让细胞自然生长死亡。
(4)分别在第1、4、7天使用细胞毒性试剂盒评估细胞活力并与对比样本所测细胞自然死亡率进行对比。
根据图4a和4b所示的细胞毒性测试结果可知，A组合金样品的细胞毒性普遍高于B组。其中，A组细胞毒性：A2>A4>A5>A1>A3，B组细胞毒性：B4>B5>B3>B2>B1。最终优选出三件样品A3、B1和B2，其中细胞毒性:B2>A3>B1。如图所示，样品A3、B1和B2测得的细胞死亡率与采用对比样本所测得的细胞自然死亡率基本接近，甚至略小，这表示本发明的这几组样品对细胞的毒性非常小，非常适于作为医学植入材料。
通过以上分析，可以明显看出本发明的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金具有良好的非晶形成能力，同时具有优异的机械强度和硬度，还兼具良好的抗腐蚀性及生物相容性。

Claims (5)

1.一种全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金，其特征在于：所述合金由下述原子百分比的下述组分组成：
银3-7%，
锌15%-40%，
杂质0%-5%，
余量为镁；
所述合金的制备方法包括以下步骤：
（1）根据设计的合金组分比例称量相应重量的Mg、Zn、Ag原材料；
（2）在高纯惰性保护气体的存在下对称量的Mg、Zn、Ag原材料混合熔炼；
（3）将得到的合金至少重熔3次，再在高压惰性保护气体的存在下进行金属喷铸；
（4）喷铸后脱模获得全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金；
其中，所述步骤（2）的高纯惰性保护气体为氦气或氩气，气体压力为1个标准大气压；
其中，所述步骤（3）的高压惰性保护气体为氦气或氩气，气体压力为10 Mpa；
其中，步骤（2）的Mg、Zn、Ag原材料在非晶熔炼炉试管中进行混合熔炼，所述非晶熔炼炉的输入电压为三相380V 50-60Hz，最大功率40kW，工作电流300-1800A。
2.根据权利要求1所述的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金，其特征在于：所述合金中银的原子百分比为6%。
3.根据权利要求1-2任一项所述的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金，其特征在于：所述合金中锌的原子百分比为18-25%。
4.根据权利要求1-2任一项所述的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金，其特征在于：所述合金中锌的原子百分比为20%。
5.根据权利要求1所述的全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金，其特征在于：所述银、锌、镁均为纯净度≥99.99 wt.%的高纯金属。
CN201910573606.7A 2019-06-28 2019-06-28 全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金及其制备方法 Active CN110257731B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910573606.7A CN110257731B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910573606.7A CN110257731B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110257731A CN110257731A (zh) 2019-09-20
CN110257731B true CN110257731B (zh) 2021-08-13

Family

ID=67922749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910573606.7A Active CN110257731B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110257731B (zh)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ230311A (en) * 1988-09-05 1990-09-26 Masumoto Tsuyoshi High strength magnesium based alloy
JP2911267B2 (ja) * 1991-09-06 1999-06-23 健 増本 高強度非晶質マグネシウム合金及びその製造方法
CN1156596C (zh) * 2001-09-13 2004-07-07 中国科学院金属研究所 含有锌元素的多组元镁基非晶态合金及其制备方法
KR100452452B1 (ko) * 2002-06-18 2004-10-12 현대자동차주식회사 내식성이 향상된 고강도 마그네슘 합금 및 이의 제조방법
KR101232030B1 (ko) * 2011-01-31 2013-02-12 서울대학교산학협력단 마그네슘 비정질 합금 자성재료
CN102268616B (zh) * 2011-06-30 2014-04-16 凡登（常州）新型金属材料技术有限公司 一种非晶态合金改性切割钢线
US20140007986A1 (en) * 2012-07-04 2014-01-09 Christopher D. Prest Composites of bulk amorphous alloy and fiber/wires
CN104674093B (zh) * 2013-12-03 2017-02-01 上海航天精密机械研究所 医用高强韧耐腐蚀镁基复合材料及其制备方法
CN107815618B (zh) * 2017-10-26 2019-04-19 中南大学 一种非晶生物镁合金及其制备方法
CN109321765A (zh) * 2018-10-11 2019-02-12 宝鸡文理学院 一种镁基生物合金材料的制备方法
CN109628812B (zh) * 2019-01-29 2020-11-03 吉林大学 一种低合金高性能超塑性镁合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110257731A (zh) 2019-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lei et al. On the corrosion behaviour of newly developed biodegradable Mg-based metal matrix composites produced by in situ reaction
Du et al. Effects of trace Ca/Sn addition on corrosion behaviors of biodegradable Mg–4Zn–0.2 Mn alloy
Xue et al. Superelasticity, corrosion resistance and biocompatibility of the Ti–19Zr–10Nb–1Fe alloy
Bornapour et al. Thermal exposure effects on the in vitro degradation and mechanical properties of Mg–Sr and Mg–Ca–Sr biodegradable implant alloys and the role of the microstructure
Hong et al. Mechanical and biocorrosive properties of magnesium-aluminum alloy scaffold for biomedical applications
Zhou et al. Development of Co-based bulk metallic glasses as potential biomaterials
CN104674093B (zh) 医用高强韧耐腐蚀镁基复合材料及其制备方法
CN104018100B (zh) 一种生物医用可降解镁基块体非晶合金及其制备方法
Wang et al. Microstructure, mechanical and bio-corrosion properties of Mn-doped Mg–Zn–Ca bulk metallic glass composites
CN113637931B (zh) 一种利用GPa级超高压力可控调节生物锌合金固溶度及腐蚀速率的方法
Annur et al. The synthesis and characterization of Mg-Zn-Ca alloy by powder metallurgy process
Kottuparambil et al. Effect of zinc and rare-earth element addition on mechanical, corrosion, and biological properties of magnesium
Qi et al. Effect of trace yttrium on the microstructure, mechanical property and corrosion behavior of homogenized Mg—2Zn—0.1 Mn—0.3 Ca—x Y biological magnesium alloy
Lin et al. Microstructure of biodegradable Zn-Fe alloys and mechanical and corrosion properties
CN110257732B (zh) 全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态医用植入基材、其制备方法及应用
CN108893628B (zh) 一种低弹性模量耐腐蚀钛合金及其制备方法
CN110257731B (zh) 全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态合金及其制备方法
Hakimi et al. Corrosion Performance of Biodegradable Mg-6% Nd-2% Y-0.5% Zr Produced by Melt Spinning Technology**.
Yan et al. Microstructure and bio-corrosion behaviour of Mg-5Zn-0.5 Ca-xSr alloys as potential biodegradable implant materials
Lesz et al. Synthesis of Mg–Zn–Ca Alloy by the Spark Plasma Sintering
LI et al. Effect of MgF2 coating on stress corrosion cracking behavior of Mg− Zn− Ca alloy in simulated body fluid
Nowosielski et al. Structure and corrosion properties of Mg
Gonzaga et al. Production of biodegradable Mg-based alloys by mechanical alloying.
Wang et al. Effect of melting method on the bio-corrosion resistance of Mg67Zn28Ca5 cast magnesium alloy in simulated body fluid
Nikhil et al. In vitro biodegradation and biomineralization of Mg-Ca alloys

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Wang Jian

Inventor after: Zhang Zhang

Inventor after: Xiao Yinan

Inventor after: Zhao Lingyu

Inventor after: Du Beining

Inventor after: Sheng Liyuan

Inventor before: Wang Jian

Inventor before: Zhang Zhang

Inventor before: Zhao Lingyu

Inventor before: Du Beining

Inventor before: Sheng Liyuan

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant