CN112281027B - 一种可降解生物医用Zn-Cu-Ag-Zr系锌合金及其制备方法 - Google Patents

一种可降解生物医用Zn-Cu-Ag-Zr系锌合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可降解生物医用Zn‑Cu‑Ag‑Zr系锌合金及其制备方法，属于可降解生物医用材料领域，锌合金的成分按照质量百分数进行配比，质量百分数为Cu1.0～3.0％，Ag0.1～1.5％，Zr0.1～1.5％，余量为Zn。本发明通过调整合金中各成分配比以及后续塑性变形的工艺参数，使所制备的可降解生物医用锌合金生物获得良好的生物相容性、耐腐蚀性和力学性能，基本达到植入材料所要求的性能标准。

Description

一种可降解生物医用Zn-Cu-Ag-Zr系锌合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及可降解生物医用材料领域，具体涉及一种可降解生物医用Zn-Cu-Ag-Zr系锌合金及其制备方法。
背景技术
目前，常用的医用金属植入材料主要有不锈钢、钛合金和钴基合金等，这些材料具有良好的强度和塑性，且在人体内不易腐蚀；但这些材料长期植入会对人体产生不利影响。因此，需要二次手术取出植入物，一方面对病人身体造成二次伤害，另一方面增加了病人的经济负担。
为了避免上述的问题，可降解生物医用材料应运而生。可降解生物医用金属材料是一种能够在人体内缓慢降解，并且所产生的降解产物不会引起人体的不良反应，在完成既定组织修复目标后，完全排除体外，不留下任何金属残余。当前，可降解生物医用金属材料主要是镁及镁合金、铁及铁合金。但是，镁基合金在人体中降解速率过快，不能保证植入物在使用过程中的力学完整性；且降解过程中释放较多的H2，影响其使用过程的生物相容性。铁基合金却在人体中的降解速率过慢，不能达到及时降解的目的；且降解产物有害，会引起一系列不良反应。
锌是人体必需的微量元素之一，参与了人体多数的生理过程。例如，对人体的生长发育和免疫系统的正常运行具有重要作用；适量浓度的锌对人体神经系统功能也具有一定的促进作用。同时，锌的化学活性介于镁和铁之间，其降解速率也介于镁和铁之间。但纯锌的力学性能较差，铸态纯锌的抗拉强度不超过30MPa，延伸率不超过3％，远低未达到植入材料的力学性能标准。因此，需要在良好的生物相容性与适宜的降解速率基础下，开发出一种高性能可降解生物医用锌合金。
发明内容
本发明针对可降解生物医用锌合金存在的问题，提供了一种可降解生物医用Zn-Cu-Ag-Zr系锌合金及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种Zn-Cu-Ag-Zr系锌合金，其特征在于：所述各元素的质量百分比为Cu 1.0～3.0％，Ag 0.1～1.5％，Zr 0.1～1.5％，余量为Zn。
优选的，所述锌合金的制备步骤如下：
(1)以纯金属锌、纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金为原料进行配比；
(2)熔炼纯锌、纯铜、纯银和铜锆中间合金，获得所述合金铸锭；
(3)对步骤(1)获得的合金进行均匀化处理；
(4)对步骤(2)的合合金进行热轧，得到锌合金。
优选的，所述步骤(1)的原料配比按质量百分比进行成分配比。
优选的，所述步骤(2)的熔炼是在CO2和SF6的混合气氛下，将纯金属锌加热至650～700℃，待其熔化后加入纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金，保温，待其完全熔化后搅拌至均匀。
优选的，所述步骤(2)铸锭为将搅拌均匀后的合金熔体随炉冷却至450～500℃，浇注到预热至200～250℃的石墨模具中，获得合金铸锭。
优选的，所述步骤(3)均匀化处理温度为320～380℃，保温时间为6～8h，保温后的合金铸锭水冷至室温，获得均匀化处理后的合金铸锭。
优选的，所述步骤(4)热轧为将均匀化处理后的合金铸锭在250～300℃下保温30～60min，然后进行50～80％压下量的轧制，轧制后合金空冷至室温，获得可降解医用锌合金。
优选的，所述热轧时在每一道次之间进行一次中间退火，退火温度为250～300℃，保温时间5～10min。
优选的，所述锌合金用于可降解生物医用材料。
与现有技术相比，本发明的可降解生物医用锌合金具有以下优点：
(1)本发明的可降解生物医用锌合金中的锌、铜、银、锆元素都是对人体无害的；且完成既定组织修复目标后，在人体内逐渐降解并排除体外，避免二次手术取出植入物；降解过程中释放的银离子具有杀菌作用，一定程度降低了因植入物引起发炎及感染症状的几率，减少了病人的伤痛。
(2)本发明的可降解生物医用锌合金通过合金化及轧制，调整合金力学性能到适宜范围，基本达到植入材料的力学性能标准。
(3)本发明的可降解生物医用锌合金通过合金化加入微量的锆，一方面获得了更优异的力学性能；另一方面减少了银的用量，降低了生产成本。
(4)本发明的可降解生物医用锌合金制备过程简单，易于量产化。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
一种可降解生物医用锌合金，其各成分的质量百分比为：Cu 3.0％，Ag 1.5％，Zr0.1％，余量为Zn，制备步骤如下：
(1)按所述可降解生物医用锌合金成分的质量百分比，以纯金属锌、纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金为原料进行配比；
(2)在CO2和SF6的混合气氛下，将纯金属锌加热至700℃，待其熔化后分别加入纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金，保温一段时间，待其完全熔化后搅拌至均匀，将搅拌均匀的合金熔体随炉冷却至500℃，浇注到预热至250℃的石墨模具中，获得合金铸锭；
(3)对步骤(2)获得的合金铸锭进行均匀化处理，加热温度为380℃，保温时间为6h，保温后的合金铸锭水冷至室温，获得均匀化处理后的合金铸锭；
(4)将步骤(3)获得的均匀化处理后的合金铸锭在300℃下保温60min，然后进行80％压下量的轧制，轧制后合金空冷至室温，获得可降解医用锌合金。每一道次之间进行一次中间退火，退火温度为300℃，保温时间10min。
本实施例所制备的可降解生物医用锌合金，其抗拉强度为248MPa，延伸率为71％。
实施例2
一种可降解生物医用锌合金，其各成分的质量百分比为：Cu 2.0％，Ag 0.8％，Zr0.2％，余量为Zn，制备步骤如下：
(1)按所述可降解生物医用锌合金成分的质量百分比，以纯金属锌、纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金为原料进行配比；
(2)在CO2和SF6的混合气氛下，将纯金属锌加热至680℃，待其熔化后分别加入纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金，保温一段时间，待其完全熔化后搅拌至均匀，将搅拌均匀的合金熔体随炉冷却至480℃，浇注到预热至250℃的石墨模具中，获得合金铸锭；
(3)对步骤(2)获得的合金铸锭进行均匀化处理，加热温度为350℃，保温时间为6h，保温后的合金铸锭水冷至室温，获得均匀化处理后的合金铸锭；
(4)将步骤(3)获得的均匀化处理后的合金铸锭在250℃下保温60min，然后进行80％压下量的轧制，轧制后合金空冷至室温，获得可降解医用锌合金。每一道次之间进行一次中间退火，退火温度为250℃，保温时间10min。
本实施例所制备的可降解生物医用锌合金，其抗拉强度为195MPa，延伸率为57％。
实施例3
一种可降解生物医用锌合金，其各成分的质量百分比为：Cu 2.0％，Ag 1.2％，Zr0.8％，余量为Zn，制备步骤如下：
(1)按所述可降解生物医用锌合金成分的质量百分比，以纯金属锌、纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金为原料进行配比；
(2)在CO2和SF6的混合气氛下，将纯金属锌加热至680℃，待其熔化后分别加入纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金，保温一段时间，待其完全熔化后搅拌至均匀，将搅拌均匀的合金熔体随炉冷却至480℃，浇注到预热至250℃的石墨模具中，获得合金铸锭；
(3)对步骤(2)获得的合金铸锭进行均匀化处理，加热温度为380℃，保温时间为6h，保温后的合金铸锭水冷至室温，获得均匀化处理后的合金铸锭；
(4)将步骤(3)获得的均匀化处理后的合金铸锭在300℃下保温30min，然后进行70％压下量的轧制，轧制后合金空冷至室温，获得可降解医用锌合金。每一道次之间进行一次中间退火，退火温度为300℃，保温时间10min。
本实施例所制备的可降解生物医用锌合金，其抗拉强度为202MPa，延伸率为1.1％。
实施例4
一种可降解生物医用锌合金，其各成分的质量百分比为：Cu 1.0％，Ag 0.6％，Zr0.2％，余量为Zn，制备步骤如下：
(1)按所述可降解生物医用锌合金成分的质量百分比，以纯金属锌、纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金为原料进行配比；
(2)在CO2和SF6的混合气氛下，将纯金属锌加热至650℃，待其熔化后分别加入纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金，保温一段时间，待其完全熔化后搅拌至均匀，将搅拌均匀的合金熔体随炉冷却至450℃，浇注到预热至200℃的石墨模具中，获得合金铸锭；
(3)对步骤(2)获得的合金铸锭进行均匀化处理，加热温度为320℃，保温时间为8h，保温后的合金铸锭水冷至室温，获得均匀化处理后的合金铸锭；
(4)将步骤(3)获得的均匀化处理后的合金铸锭在250℃下保温30min，然后进行50％压下量的轧制，轧制后合金空冷至室温，获得可降解医用锌合金。每一道次之间进行一次中间退火，退火温度为250℃，保温时间10min。
本实施例所制备的可降解生物医用锌合金，其抗拉强度为172MPa，延伸率为46％。

Claims (2)

1.一种Zn-Cu-Ag-Zr系锌合金，其特征在于：各元素的质量百分比为Cu 3.0％，Ag1.5％，Zr 0.1％，余量为Zn；所述锌合金的制备步骤如下：
(1)以纯金属锌、纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金为原料进行配比；
(2)在CO2和SF6的混合气氛下，将纯金属锌加热至700℃，待其熔化后分别加入纯金属铜、纯金属银和铜锆中间合金，保温一段时间，待其完全熔化后搅拌至均匀，将搅拌均匀的合金熔体随炉冷却至500℃，浇注到预热至250℃的石墨模具中，获得合金铸锭；
(3)对步骤(2)获得的合金铸锭进行均匀化处理，加热温度为380℃，保温时间为6h，保温后的合金铸锭水冷至室温，获得均匀化处理后的合金铸锭；
(4)将步骤(3)获得的均匀化处理后的合金铸锭在300℃下保温60min，然后进行80％压下量的轧制，轧制后合金空冷至室温，获得所述锌合金，每一道次之间进行一次中间退火，退火温度为300℃，保温时间10min；
所述锌合金的抗拉强度为248MPa，延伸率为71％。
2.一种如权利要求1所述的一种Zn-Cu-Ag-Zr系锌合金的应用，其特征在于：所述锌合金用于可降解生物医用材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115252915A (zh) * 2021-04-30 2022-11-01 苏州市祥冠合金研究院有限公司 基于心血管支架的可降解锌基纳米合金及其制备方法
CN115261672A (zh) * 2021-04-30 2022-11-01 苏州市祥冠合金研究院有限公司 用于骨科植入物的可降解锌基合金及其制备方法
CN113249617B (zh) * 2021-05-12 2022-05-24 东北大学 一种抗菌可降解的Zn-Cu-Ag合金及其制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001049371A (ja) * 1999-08-06 2001-02-20 Res Inst Electric Magnetic Alloys 振動吸収性能に優れたＡｌ−Ｚｎ合金およびその製造方法
CN106702212A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 上海交通大学 医用可降解Zn-Cu-X合金材料及其制备方法
CN105925847B (zh) * 2016-05-12 2018-06-29 管仁国 一种生物可降解锌基金属材料及采用该材料获得的输尿管扩张支架
CN107496993B (zh) * 2017-01-12 2022-10-11 乐普（北京）医疗器械股份有限公司 一种医用可降解植入性金属材料
CN108048690B (zh) * 2017-11-28 2019-08-13 中国科学院宁波工业技术研究院慈溪生物医学工程研究所 一种可控降解速率的锌基合金及应用
CN108113786A (zh) * 2017-12-14 2018-06-05 暨南大学 基于3d打印制备个性化可降解金属支架或内固定器件的方法
CN108411158B (zh) * 2018-03-05 2019-10-15 中国科学院宁波工业技术研究院慈溪生物医学工程研究所 一种生物可降解的Zn-Mg-Zr合金材料、制备方法及应用
CN112426570A (zh) * 2019-08-26 2021-03-02 上海交通大学 体内可降解高强韧医用Zn-Cu-Ag-Zr合金材料
CN110508788B (zh) * 2019-09-16 2021-03-30 天津理工大学 一种锌或锌合金或其复合材料组织工程支架的制备方法

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