CN112760537A - 一种镁合金及其制备方和用途 - Google Patents

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赵峥
尚磊
李涛
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Abstract

本发明公开了一种镁合金，所述镁合金包括88‑93份Mg、2‑6份Zn、0.2‑1份Ca、0.3‑1份Mn、0.3‑1份Sn和0.7‑5份稀土金属。本发明还公开了上述镁合金制备方法以及在制备医疗器械的用途。本发明以Mg为主体，和特定比例的Zn、Ca、Mn、Sn和稀土金属混合制备合金，其降解速度可控且具有较强的机械强度。

Description

一种镁合金及其制备方和用途
技术领域
本发明涉及医用材料领域，具体来说涉及一种镁合金及其制备方法和用途。
背景技术
医用金属材料是近几年高速发展的生物材料,由于其优良的机械性能,相比非金属材料而言更加适合承重部位的植入材料。如今常用的医用金属材料包括不锈钢、钛及钛合金、钴铬合金、贵金属、镁合金等。
镁合金由于其较低的密度，较高的强度，以及容易进行机械加工和焊接的特性，成为广泛使用的医用金属材料。由于镁性质比较活泼，在人体内很容易被腐蚀，这曾经是镁合金在人体内被应用的缺点，但是和其他金属材料不同，镁本身是人体所必须的一种重要元素，可以将镁合金作为一种在人体内吸收降解性材料来利用。
作为镁合金，其最大的问题既是镁合金在体内的降解速度和降解效果，这影响到了其使用效果。
发明内容
本发明为了解决现有的镁合金降解速度不可控，且降解后会造成生物毒性的问题，从而提供一种不含稀土元素的镁合金。
为了解决上述技术问题，本发明使用的技术方案如下：
本发明公开了一种镁合金，所述镁合金包括如下质量份的组分：
Figure BDA0002852042950000021
进一步地，所述稀土金属包括如下质量份的元素：
Nd 0.1-3份；
Y 0.5-2份；
Gd 0.1-0.5份。
优选地，所述镁合金还包括0-0.8份的Sr和0-1份的Zr。
进一步地，所述镁合金中，Zn占2-6wt％，Ca占0.2-1wt％，Mn占0.3-2wt％，稀土金属占0.7-5wt％。
进一步地，所述镁合金中的杂质质量比在0.003wt％以下。
进一步地，所述镁合金中的杂质不含有铝。
优选地，所述镁合金的析出物粒径小于600nm。
本发明还公开了上述镁合金的制备方法，将各金属的粉末按照需要的比例充分混合，然后在700-800℃下熔解后铸造，
可选地，所述镁合金可以被铸造加工成块材、板材、管材、棒材等。
本发明还公开了上述镁合金在制备医疗器械的用途；
可选地，所述医疗器械包括骨钉、支架、吻合器等。
本发明优点如下：
1、制备镁合金时，最重要的即确定其元素组成和比例，本发明以Mg为主体，和特定比例的Zn、Ca、Mn、Zr和稀土金属混合制备合金，其降解速度可控且具有较强的机械强度。
2、本发明中，Zn和Mg会互溶，加入Zn可以提高镁合金的强度和伸长率，过少则本发明得不到所需的效果，过多则超过了极限，形成Zn富集的析出物，使耐蚀性下降。
3、本发明中，Ca保持镁合金的强度，并提高耐蚀性的效果，过少则本发明得不到所需的效果，过多则容易形成析出物。
4、本发明中，Mn在合金的精细化及耐蚀性提升方面具有效果，过少则本发明得不到所需的效果，过多则容易影响其机械加工性。
5、本发明中，添加Sn可以细化镁合金的晶粒，并提高其强度和塑性。
6、本发明中，添加稀土金属可以使得合金机械强度提高，并减缓镁合金的腐蚀，但是过多的稀土金属对人体会有负面影响，因此需要控制稀土金属的量。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。
实施例1-5和对比例2-4中其使用的金属粉末纯度均不小于99.999％，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种镁合金，其制备方法为，将88克Mg、6克Zn、0.2克Ca、1克Mn、1.3克Sn、1克Nd、2克Y和0.5克Gd按照需要的比例充分混合，然后在700℃下熔解后铸造块材，得到所述镁合金。
实施例2
本实施例提供一种镁合金，其制备方法为，将91克Mg、2克Zn、1克Ca、0.3克Mn、1.1克Sn、3克Nd、0.5克Y、0.1克Gd和1克Zr按照需要的比例充分混合，然后在780℃下熔解后铸造块材，得到所述镁合金。
实施例3
本实施例提供一种镁合金，其制备方法为，将90克Mg、3克Zn、0.3克Ca、0.7克Mn、3克Sn、0.8克Nd、1克Y、0.2克Gd、0.8克Sr和0.2克Zn按照需要的比例充分混合，然后在760℃下熔解后铸造块材，得到所述镁合金。
实施例4
本实施例提供一种镁合金，其制备方法为，将90.5克Mg、3.5克Zn、0.5克Ca、0.8克Mn、2克Sn、0.1克Nd、1.5克Y、0.3克Gd、0.5克Sr和0.3克Zn按照需要的比例充分混合，然后在750℃下熔解后铸造块材，得到所述镁合金。
实施例5
本实施例提供一种镁合金，其制备方法为，将93克Mg、3克Zn、0.6克Ca、0.6克Mn、1克Sn、0.5克Nd、1克Y和0.3克Gd按照需要的比例充分混合，然后在730℃下熔解后铸造块材，得到所述镁合金。
对比例1
本对比例提供一种镁合金，和对比例的唯一区别为，本对比例中各金属的纯度为99％，其制备方法为，其制备方法为，将88克Mg、6克Zn、0.2克Ca、1克Mn、1.3克Sn、1克Nd、2克Y和0.5克Gd按照需要的比例充分混合，然后在700℃下熔解后铸造块材，得到所述镁合金。
对比例2
本对比例提供一种镁合金，其制备方法为，将86克Mg、8克Zn、0.2克Ca、1克Mn、1.3克Sn、1克Nd、2克Y和0.5克Gd按照需要的比例充分混合，然后在700℃下熔解后铸造块材，得到所述镁合金。
对比例3
本对比例提供一种镁合金，其制备方法为，将86克Mg、6克Zn、1.2克Ca、2克Mn、1.3克Sn、1克Nd、2克Y和0.5克Gd按照需要的比例充分混合，然后在700℃下熔解后铸造块材，得到所述镁合金。
对比例4
本对比例提供一种镁合金，其制备方法为，将91.5克Mg、6克Zn、0.2克Ca、1克Mn和1.3克Sn按照需要的比例充分混合，然后在700℃下熔解后铸造块材，得到所述镁合金。
试验例1
对实施例1-5和对比例1-4得到的镁合金使用ICP发光分光分析装置测定其中的杂质浓度，其中实施例1-5和对比例2和3中的杂质均为0.003克以下，而对比例1中含有0.3克Fe，0.4克Cu和0.3克其他杂质。
试验例2
将实施例1-5及对比例1-4得到的镁合金，加工制成棒材，按照GB-T228-2002测定抗拉强度、屈服强度及延伸率，结果如表1所示：
表1实施例1-5和对比例1-3的机械特性
抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率
实施例1 367 298 21
实施例2 360 308 19
实施例3 379 318 22
实施例4 398 335 20
实施例5 381 323 20
对比例1 350 284 23
对比例2 366 301 24
对比例3 363 296 22
对比例4 302 246 16
由上表可知，本申请公开的镁合金具有很高的强度，其杂质对本申请的强度影响不大，没有稀土金属时，其强度有明显下降。
试验例3
取试验例2中实施例1-5及对比例1-4得到的镁合金的棒材，每个棒材取厚度为1mm，直径10mm的材料，通过电子束背散射衍射(EBSD)法测定平均粒径，并观察期析出物情况，然后将其浸入37％生理盐水中模拟人体内部的腐蚀情况，结果如下表所示：
表2实施例1-5及对比例1-4的粒径、析出物和降解速度
Figure BDA0002852042950000071
由上表可知，本申请公开的镁合金可以控制其降解速度，同时控制析出物的粒径，而杂质过多是，其降解速度明显变快，当Zn、Mn和Ca含量过多时，其析出物粒径明显偏大，同时使得降解速度加快，当其中不存在稀土金属时，同样会加快其降解速度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种镁合金，其特征在于，所述镁合金包括如下质量份的组分：
Figure FDA0002852042940000011
2.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述稀土金属包括如下质量份的元素：
Nd 0.1-3份；
Y 0.5-2份；
Gd 0.1-0.5份。
3.根据权利要求2所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金还包括0-0.8份的Sr和0-1份的Zr。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金中，Zn占2-6wt％，Ca占0.2-1wt％，Mn占0.3-2wt％，稀土金属占0.7-5wt％。
5.根据权利要求4所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金中杂质质量比在0.003wt％以下。
6.根据权利要求5所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金中的杂质不含有铝。
7.根据权利要求6所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金的析出物粒径小于600nm。
8.权利要求1-7任一权利要求所述的镁合金的制备方法，其特征在于，将各金属的金属粉末按照需要的比例充分混合，然后在700-800℃下熔解后铸造。
9.权利要求1-8任一权利要求所述的镁合金在制备医疗器械的用途。
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