CN115261672A - 用于骨科植入物的可降解锌基合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于骨科植入物的可降解锌基合金，由锌、铜和功能性元素组成，功能性元素包括微量金属元素和微量金属化合物，微量金属元素包括锶、镁、锆，微量金属化合物包括氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅，铜的质量百分数为1～10％，微量金属元素的质量百分数为1～6％，微量金属化合物的质量百分数为1～3％，如此，通过锌基纳米合金的组成成分的优化，提高锌基合金的力学性能，锌基合金的耐腐蚀性能满足作为骨科植入物的要求。

Description

用于骨科植入物的可降解锌基合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及可降解生物金属材料领域，尤其涉及一种用于骨科植入物的可 降解锌基合金及其制备方法。
背景技术
可降解金属基生物材料以其良好的力学性能、加工性能和不需二次手术取 出，广泛用于心血管支架、骨植入与内固定器械以及肠胃吻合器，在治疗期间 发挥其特定的功能，并在生理环境中能够逐渐腐蚀降解并在达到治疗和修复组 织与器官等效果之后完全降解，而且材料本身及其降解产物能够被人体吸收或 排出体外，不会给人体带来其他伤害，已经成为临床应用最广泛的植入材料。
目前，可降解金属材料设计与开发主要集中在Mg、Fe及其合金的研究，然 而，这两类材料存在明显的不足之处，Mg合金在人体环境中降解速率过快和降 解不均匀性，导致力学性能迅速下降无法提供足够的支撑或固定能力，同时会 生成大量气体并引起局部环境pH值升高。
为此，需要提供一种用于骨科植入物的可降解锌基合金及其制备方法，以 解决上述现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有合金降解速率过快问题，而提出的一种用于 骨科植入物的可降解锌基合金及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于骨科植入物的 可降解锌基合金，由锌、铜和功能性元素组成，功能性元素包括微量金属元素 和微量金属化合物，微量金属元素包括锶、镁、锆，微量金属化合物包括氧化 锌、三氧化二铝、二氧化硅，铜的质量百分数为1～10％，微量金属元素的质量 百分数为1～6％，微量金属化合物的质量百分数为1～3％。
所述铜的质量百分数为5～10％，微量金属元素的质量百分数为1～3％， 微量金属化合物的质量百分数为2％。
所述铜的质量百分数为10％，微量金属元素的质量百分数为1％，微量金 属化合物的质量百分数为2％，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1， 氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
所述铜的质量百分数为10％，微量金属元素的质量百分数为1％，微量金 属化合物的质量百分数为2％，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为2:1:1或 1:2:1，氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:2。
为了实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：一种用于骨科植入物 的可降解锌基合金的制备方法，包括以下步骤：
将质量百分数为1～10％的铜、质量百分数为1～6％的微量金属元素、质 量百分数为1～3％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌-铜合金， 所述微量金属元素包括锶、镁、锆，所述微量金属化合物包括氧化锌、三氧化 二铝、二氧化硅。
所述铜的质量百分数为5～10％，微量金属元素的质量百分数为1～3％， 微量金属化合物的质量百分数为2％
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过锌基纳 米合金的组成成分的优化，提高锌基合金的力学性能，锌基合金的耐腐蚀性能， 满足作为骨科植入物的要求。
附图说明
图1为本发明表1的折线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种用于骨科植入物的可降解锌基合金，由锌、铜和功能性元素 组成，功能性元素包括微量金属元素和微量金属化合物，微量金属元素包括锶、 镁、锆，微量金属化合物包括氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅，铜的质量百分 数为1～10％，微量金属元素的质量百分数为1～6％，微量金属化合物的质量 百分数为1～3％。
制备本发明用于骨科植入物的可降解锌基合金的方法，包括以下步骤：
第一步、将质量百分数为1～10％的铜、质量百分数为1～6％的微量金属 元素、质量百分数为1～3％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数 ＜0.001％)在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃ 熔炼，制得锌-铜合金。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例1
第一步、将质量百分数为1％的铜、质量百分数为1％的微量金属元素、质 量百分数为1％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％)在 保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌 -铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三氧 化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例2
第一步、将质量百分数为5％的铜、质量百分数为3％的微量金属元素、质 量百分数为2％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％)在 保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌 -铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三氧 化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例3
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为6％的微量金属元素、 质量百分数为3％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得 锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三 氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例4
第一步、将质量百分数为1％的铜、质量百分数为3％的微量金属元素、质 量百分数为3％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％)在 保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌 -铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三氧 化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例5
第一步、将质量百分数为5％的铜、质量百分数为6％的微量金属元素、质 量百分数为1％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％)在 保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌 -铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三氧 化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例6
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为1％的微量金属元素、 质量百分数为2％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得 锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三 氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例7
第一步、将质量百分数为1％的铜、质量百分数为6％的微量金属元素、质 量百分数为2％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％)在 保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三氧 化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例8
第一步、将质量百分数为5％的铜、质量百分数为1％的微量金属元素、质 量百分数为3％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％)在 保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌 -铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三氧 化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例9
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为3％的微量金属元素、 质量百分数为1％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得 锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三 氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例10
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为3％的微量金属元素和 余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％)在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高 纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、 镁、锆的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例11
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为1％的微量金属化合物 和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％)在保护气体SF6和CO2氛围中，加入 高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌-铜合金，其中，氧化锌、三氧化 二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例12
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为1％的微量金属元素、 质量百分数为2％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得 锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三 氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:2:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例13
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为1％的微量金属元素、 质量百分数为2％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得 锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三 氧化二铝、二氧化硅的质量比为2:1:1。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例14
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为1％的微量金属元素、 质量百分数为2％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得 锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三 氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:2。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例15
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为1％的微量金属元素、 质量百分数为2％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得 锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:2:1，氧化锌、三 氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:2。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例16
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为1％的微量金属元素、 质量百分数为2％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得 锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为2:1:1，氧化锌、三 氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:2。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
实施例17
第一步、将质量百分数为10％的铜、质量百分数为1％的微量金属元素、 质量百分数为2％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％) 在保护气体SF6和CO2氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得 锌-铜合金，其中，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:2，氧化锌、三 氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:2。
第二步、对上述得到锌-铜合金在200℃预热，然后采用热轧方式，在往返 式轧机中反复轧制，热轧温度在250℃，轧制到1mm厚度的轧态锌-铜合金。
采用ASTM-E8-04拉伸测试标准制备拉伸样品，在丙酮、无水乙醇和去离子 水中分别超声清洗20min后，采用万能材料力学试验机在室温下进行拉伸试验， 拉伸速度为1mm/min，每组平行测试3次，测试结果取平均值；按照 ASTM-G31-1972方法测降解速率，结果如表1、图1所示。
Figure BDA0003049401150000091
Figure BDA0003049401150000101
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。

Claims (6)

1.一种用于骨科植入物的可降解锌基合金，其特征在于，由锌、铜和功能性元素组成，功能性元素包括微量金属元素和微量金属化合物，微量金属元素包括锶、镁、锆，微量金属化合物包括氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅，铜的质量百分数为1～10％，微量金属元素的质量百分数为1～6％，微量金属化合物的质量百分数为1～3％。
2.根据权利要求1所述的用于骨科植入物的可降解锌基合金，其特征在于，所述铜的质量百分数为5～10％，微量金属元素的质量百分数为1～3％，微量金属化合物的质量百分数为2％。
3.根据权利要求2所述的用于骨科植入物的可降解锌基合金，其特征在于，所述铜的质量百分数为10％，微量金属元素的质量百分数为1％，微量金属化合物的质量百分数为2％，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为1:1:1，氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:1。
4.根据权利要求2所述的用于骨科植入物的可降解锌基合金，其特征在于，所述铜的质量百分数为10％，微量金属元素的质量百分数为1％，微量金属化合物的质量百分数为2％，微量金属元素中锶、镁、锆的质量比为2:1:1或1:2:1，氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅的质量比为1:1:2。
5.一种用于骨科植入物的可降解锌基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将质量百分数为1～10％的铜、质量百分数为1～6％的微量金属元素、质量百分数为1～3％的微量金属化合物和余量的Zn(杂质的质量百分数＜0.001％)在保护气体氛围中，加入高纯石墨坩埚中混合，在650℃熔炼，制得锌-铜合金，所述微量金属元素包括锶、镁、锆，所述微量金属化合物包括氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的用于骨科植入物的可降解锌基合金的制备方法，其特征在于，所述铜的质量百分数为5～10％，微量金属元素的质量百分数为1～3％，微量金属化合物的质量百分数为2％。
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