JP2019148012A - マグネシウム合金、その製造方法およびその使用 - Google Patents

Abstract

【課題】生分解性インプラントにおいて、マグネシウムマトリックスが微細粒子および優れた耐腐食性を有し、保護層なしに必要なサポート期間、電気化学的に安定状態を維持でき、引張強度や耐力などの機械的性質が改善され、インプラントの分解速度を調整するために機械的非対称性を減らすことができるマグネシウム合金を提供すること。【解決手段】本特許出願は、マグネシウム合金、その製造方法およびその使用に関するものであり、当該マグネシウム合金は、１．５重量％から７．０重量％までのＺｎ、０．５重量%から３．５重量％までのＡｌで、残りは不純物を含むマグネシウムであり、前記不純物は、電気化学的電位差および／または析出および／または金属間相の形成を促進し、合計０．００６３重量％以下のＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｙ、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアース、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂ並びにＰである。【選択図】なし

Description

本特許出願の対象は、マグネシウム合金、その製造方法およびその使用に関する。

マグネシウム合金の性質は、合金元素の種類および量、不純物並びに製造条件によって決定的に規定されることが知られている。マグネシウム合金の性質に及ぼす合金元素および不純物の影響は当業者にはかなり以前から周知であり、インプラント素材として使用される二元または三元マグネシウム合金の性質を決定するのが複雑であることを、それは示している。

マグネシウムに最も頻繁に使用される合金元素はアルミニウムであり、固溶体、析出硬度および微粒形成により引張強度が向上するだけでなく、微細孔性も生じる。更に、溶解状態で、アルミニウムは鉄量が極めて低い方向に鉄析出境界をシフトさせ、その場合、鉄粒子が他の元素と一緒に金属間粒子を析出または形成する。
マグネシウム合金にとって好ましくない付随元素としては、鉄、ニッケル、コバルトおよび銅が挙げられ、それらは電気的陽性の故にかなり腐食性を増大させる。
マンガンはあらゆるマグネシウム鋳造合金に見出され、ＡｌＭｎＦｅの形で鉄と結合し、それにより局所元素の形成を減少させる。一方、マンガンは全ての鉄と結合することはできないので、残りの鉄と残りのマンガンはいつも溶解物中に残留する。

珪素は可鋳性および粘性を低下させ、珪素量が上昇すると、腐食的挙動の悪化が予想される。鉄、マンガンおよび珪素は、金属間相を形成する傾向が極めて高い。

当該相の電気化学ポテンシャルはとても高いので、合金マトリックスの腐食をコントロールするカソードとして機能する。
固溶体硬化の結果として、亜鉛は機械的性質を改善し微粒化をもたらすが、微細孔性ももたらし、高温割れの傾向が二元のＭｇ−Ｚｎ合金および三元のＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ合金において１．５％から２％で開始する。
ジルコニウムからなる合金添加物は膨張を低下させることなく引張強度を増大させ微粒化をもたらすが、動的再結晶をひどく損ない、それは再結晶温度の上昇で現れるので、膨大なエネルギー消費が要求される。更に、微粒化効果が失われるので、ジルコニウムはアルミニウムおよび珪素を含む溶解物には添加できない。
Ｌｕ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｔｈ，Ｓｃ，Ｉｎなどのレアアースは全て類似の化学的挙動を示し、二元状態図のうちマグネシウムの豊富な側で部分溶解度を有する共晶系を形成するので、析出硬化が可能である。
不純物と共に合金元素を更に添加すれば、二元マグネシウム相において異なる金属間相が形成されることが知られている。例えば、結晶粒界に形成される金属間相であるＭｇ_１７Ａｌ_１２は脆弱であり、延性を制限する。この金属間相はマグネシウムマトリックスと比較すると貴であり、局所元素を形成し得るので、腐食的挙動が悪化する。

かかる影響要因に加えて、マグネシウム合金の性質は、冶金学的生産条件にも決定的に依存している。従来の鋳造方法では、合金元素を合金作製方法により添加すると、自動的に不純物が導入される。従って、従来の技術（特許文献１）は、マグネシウム鋳造合金の不純物の許容限界を定義しており、例えば、約８重量％から９．５重量％までのＡｌと０．４５重量％から０．９重量％までのＺｎを含むＭｇ‐Ａｌ‐Ｚｎ合金の場合、０．００１５重量％から０．００２４重量％までのＦｅ、０．００１０％のＮｉ、０．００１０重量％から０．００２４重量％までのＣｕおよび０．１５重量％以上から０．５重量％までのＭｎを許容限界と呼ぶ。

マグネシウムおよびその合金の不純物の許容限界並びに製造条件は多くの既知の文献に記述されており、以下のように重量%で列挙されている。

電気化学的にマグネシウムマトリックスよりも貴電位である腐食促進金属間相の形成を確実に除外するには、かかる許容定義は十分でないことが見出されている。

生分解性インプラント（整形外科、外傷学、心血管インプラント）には、生理学的に必要なサポート期間中、耐荷重性すなわち強度が、充分な拡張性と共に必要である。しかし、特にこの点に関して、既知のマグネシウム素材は、チタン、ＣｏＣｒ合金、チタン合金などの永久性インプラントが達成する性質からはほど遠い。永久性インプラントの最高引張強度Ｒ_ｍは約５００ＭＰａから１０００ＭＰａ超であるが、マグネシウム素材の最高引張強度は今のところ２７５ＭＰａ未満、ほとんどが２５０ＭＰａ未満である。

多くのマグネシウム技術素材の他の欠点は、最高引張強度Ｒ_ｍと耐力Ｒ_ｐの差が小さい事である。塑性変形を許容するインプラント例えば心血管ステントの場合、これは、素材の初期変形後、変形に対する抵抗がもはや存在しないこと、および既に変形している領域は荷重が増大しなくても更に変形することを意味しており、構成要素の部分が過度に引き伸ばされ破壊が生じる可能性がある。

更に、多くのマグネシウム素材、例えば３重量％から10重量％までのＡｌ，1重量％未満のＺｎおよびＭｎ（ＡＺグループ）を含む合金などが明白な機械的非対称性を示しており、機械的性質、特に引張荷重と圧縮荷重の耐力Ｒ_ｐの差としてそれは現れる。かかる非対称性は、例えば、適切な半完成品を製造するのに使用される押し出し、圧延、引き延ばしなどの成形過程中に生じる。引張中の耐力Ｒ_ｐと圧縮中の耐力Ｒ_ｐの差が大きすぎる場合、それは心血管ステントなどの構成要素の不均質変形となり、後に多軸変形ひいてはひび割れおよび破壊を引き起こす場合がある。

マグネシウム合金は結晶学的すべり系の数が少ないので、適切な半完成品を製造するのに使用される押し出し、圧延、引き延ばしなどの成形過程中に結晶粒を配向させることにより、一般的にテクスチャを形成し得る。特に、これは、半完成品が空間的に異なる方向に異なる性質を有することを意味する。例えば、成形後、空間的な一方向に高変形能または高破断伸びを生じ、空間的な別の方向に低変形能または低破断伸びを生じる。ステントは高い塑性変形を受けやすく、低い破断伸びはインプラントの故障リスクを高めるので、かかるテクスチャの形成は同様に回避すべきである。成形中のかかるテクスチャを実質的に回避する一つの方法は、成形前に粒子のきめを可能な限り細かく調整することである。マグネシウム素材の六角形格子構造の故に、室温におけるかかる素材の変形能は低く、これは基底平面における滑りによって特徴付けられる。もし素材が追加的に粗いミクロ構造いわゆる粗大粒を有しているならば、更なる変形によって双晶化が強制的に生じ、それが剪断力をもたらし、結晶領域を出発点の鏡面対称の位置に変える。
その結果生じる双晶粒界は素材の脆弱点を構成し、特に塑性変形において、その点から初期のひび割れが生じ、最終的にはかかる構成要素の破壊に至る。
インプラント素材の粒子のきめが十分に細ければ、かかるインプラントの故障が生じるリスクは大幅に減少する。従って、好ましくない剪断力を避けるため、インプラント素材は可能な限りきめの細かい粒子を含むべきである。

入手可能なインプラント用の工業用マグネシウム素材は全て、生理学的媒体中で極めて腐食を受けやすい。従来の技術において、例えばポリマー素材からなる耐腐食コーティング（特許文献２、特許文献３）、水性またはアルコール性転換溶液（特許文献４）、または酸化物（特許文献５、特許文献６）をインプラントに提供することにより腐食傾向を抑制しようとする試みがなされてきた。
ほとんど全ての適切なポリマーが組織内で強烈な炎症を時々引き起こすので、パッシベーションポリマー層の使用には異議が申し立てられている。かかる保護手段のない薄肉構造体は必要なサポート期間にまで達しない。外傷治療用の薄肉インプラントの腐食は引張強度の過度に急速な喪失を頻繁に伴い、時間当たり過剰な量の水素を形成することにより追加の負担を課すことになる。その結果、好ましくないガス含有物が骨および組織に生じる。
大きい断面積を有する外傷治療用インプラントの場合、その構造により水素問題およびインプラントの腐食速度を慎重にコントロールできる必要がある。

特に生分解性インプラントの場合、含有される全ての化学元素が分解後体に吸収されるので、かかる元素の生物的適合性は最大であるのが望ましい。いずれにせよ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｃｒなど、極めて毒性の高い元素は避けるべきである。

分解性のマグネシウム合金は、現代の医療技術において、様々な形態で利用されているインプラントを実施するのに特に適している。インプラントは、例えば、血管、中空臓器および血管系（ステントなどの血管内インプラント）をサポートし、組織インプラントおよび組織移植片を固定および仮付けするのに使用されるが、爪、プレートまたはスクリューなどの整形外科目的にも使用される。特に頻繁に使用される形態のインプラントはステントである。

ステント移植は、血管疾患の治療にとって最も効果的な手段の一つとして確立されている。ステントの目的は、患者の中空臓器でサポート機能を発揮することである。この目的のため、従来の設計を特徴とするステントは、金属支柱を含む金属線細工支持構造体を有しており、最初は圧縮形態で体内に導入され、適用部位で拡張される。かかるステントの適応分野の一つは、血管狭窄、特に冠動脈血管の狭窄（狭窄症）を永久的または一時的に広げ、開いた状態に保つことである。更に、主に動脈瘤を塞ぐのに使用される動脈瘤ステントが知られている。サポート機能が追加的に提供される。

インプラント特にステントはインプラント素材からなる基体を有している。インプラント素材は、医療分野で使用され生体系と相互作用を行う無生物素材である。素材を使用目的のために体環境に接触させるインプラント素材として使用する場合、その基本的必要条件は体に優しいこと（生物的適合性）である。本適用目的において、生物的適合性とは、特定の応用において、適切な組織反応を引き起こす素材能力を意味するものであることは理解されるべきである。この中には、臨床的に好ましい相互作用を目的として、インプラントの化学的性質、物理的性質、生物学的性質並びに生態学的な表面的性質が受容者の組織に適合することも含まれる。インプラント素材の生物的適合性は、移植される生物系の反応の時間的過程にも依存している。例えば、刺激および炎症は比較的短時間で生じ、それが組織を変化させる場合がある。従って、インプラント素材の性質に応じて生物系も様々に反応する。生物系の反応に従って、インプラント素材は生物活性、生物不活性および分解性または吸収性に分けられる。

インプラント素材は、ポリマー、金属素材およびセラミック素材（例えばコーティングとして）を含む。永久的インプラント用の生物適合金属および金属合金は、例えば、ステンレス鋼（３１６Ｌなど）、コバルトベース合金（ＣｏＣｒＭｏ鋳造合金、ＣｏＣｒＭｏ鍛造合金、ＣｏＣｒＷＮｉ鍛造合金、ＣｏＣｒＮｉＭｏ鍛造合金など）、工業用純チタンおよびチタン合金（ｃｐチタン、ＴｉＡｌ６Ｖ４またはＴｉＡｌ６Ｎｂ７など）並びに金合金を含む。生体腐食性ステントの分野では、マグネシウムまたは工業用純鉄並びにマグネシウム、鉄、亜鉛、モリブデンおよびタングステン元素の生体腐食性ベース合金が提案されている。

ＵＳ ５，０５５，２５４ Ａ ＥＰ ２ ０８５ １００ Ａ２ ＥＰ ２ ３８４ ７２５ Ａ１ ＤＥ １０ ２００６ ０６０ ５０１ Ａ１ ＤＥ １０ ２０１０ ０２７ ５３２ Ａ１ ＥＰ ０ ２９５ ３９７ Ａ１

金属線細工構造体を有する一時的インプラント用の生体腐食性マグネシウム合金の使用は、特にインプラントの分解が生体内で急激に進行するという意味で困難である。腐食速度すなわち分解速度を減らすため、別のアプローチが議論されている。その一つが、適切な合金を開発することによりインプラント素材側の分解を遅らせる試みである。加えて、コーティングは分解の一時的阻害をもたらすはずである。既存のアプローチには将来性があるが、商業用製品は今まで一つも生まれていない。今まで多大な努力が払われているが、生体内でマグネシウム合金の腐食を少なくとも一時的に減少させ、同時にその機械的性質を最適化し得る解決策が今も必要とされている。

本発明の目的は、前記従来の技術を考慮し生分解性マグネシウム合金を提供すること、その製造方法およびインプラントの使用であるが、ここでインプラントは、そのマグネシウムマトリックスが微細粒子および優れた耐腐食性を有し、保護層なしに必要なサポート期間、電気化学的に安定状態を維持でき、しかも引張強度や耐力などの機械的性質が改善され並びにインプラントの分解速度を調整するために機械的非対称性を減らすことができるものである。

かかる目的は、請求項１の特徴を有するマグネシウム合金、請求項１０の特徴を有する方法および請求項１９および２２の特徴に従う使用により達成される。

従属項に列挙された特徴は、本発明によるマグネシウム合金、本発明によるその製造方法およびその使用の有利な改良を可能にする。

本発明の解決方法は、インプラントが破壊またはひび割れなしに多軸永久荷重を吸収することができ、また生理学的液体により引き起こされる分解のための手段としてマグネシウムマトリックスが利用できるためには、インプラントのマグネシウムマトリックスの耐腐食性および変形能がサポート期間中ずっと保証されなければならないという理解に基づいている。

これは、以下を含むマグネシウム合金により達成される。
１．５重量％から７．０重量％までのＺｎ、０．５重量%から３．５重量％までのＡｌで、残りは不純物を含むマグネシウムであり、前記不純物は、電気化学的電位差および／または析出および／または金属間相の形成を促進し、合計０．００６３重量％以下のＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｙ、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアース、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂ並びにＰであり、ここで重量％による合金のＺｎ含量は重量％による合金のＡｌ含量に等しいかまたはそれより多い。

本発明のマグネシウム合金は並外れて高い耐腐食性を有しており、それは、マグネシウムマトリックス中の不純物の量およびその組み合わせを大幅に減らすことにより、更には析出および完全な固溶体には存在しなければならない固溶体硬化元素を加えることにより、達成される。得られたミクロ構造体は、形成プロセスおよび加熱処理プロセス後、個々のマトリクス相の間に電気化学的電位差が存在しないので、かかる電位差が生理学的媒体中の腐食を加速させることはあり得ない。

驚くべきことに、本出願人は、Ｚｎの含有量が好ましくは１．５重量％から５．５重量％まで、更に特に３．５重量％から５．５重量％まで、およびＡｌの含有量が好ましくは０．５重量％から２．０重量％まで、更に特に１．０重量％から２．０重量％までの合金マトリックスが、完全に溶液形態で存在し析出物はなくＺｎとＡｌからなる混合結晶を形成できること、あるいは処理形態次第でそれを形成できること、かかる混合結晶が合金でない高級マグネシウムよりも高い標準電位を有し、従って該合金はより貴であることを見出した。
合金のＺｎおよびＡｌの量は、固溶限界を超えず固溶体の含有量ができるだけ高く従って最大の防食処理が達成されるよう、正確に調整するよう注意が払われるべきである。かかる条件下でかかる合金を形成する一般的な温度は、２７０℃から３３０℃までの範囲にある。これにより、腐食過程中カソードの機能を果たし腐食を促進する粒子が、合金マトリックス中に形成されるのが抑制される。
別の驚くべき結果は、Ｚｎの含有量が好ましくは３．０重量％から７．０重量％まで、更に特に４．０重量％から６．０重量まで、およびＡｌの含有量が好ましくは０．５重量％から３．５重量％まで、更に特に１．５重量％から２．５重量％までの場合、Ｍｇ_３Ｚｎ_３Ａｌ_２およびＭｇＺｎの形態の析出物を含み極めて小さい粒度を有する合金が得られることであり、その場合、１μｍ未満、好ましくは０．２μｍ未満のサイズの析出物が結晶粒界および粒子内部に存在する。
この場合、合金元素は、固溶限界より僅かに量が多い場合でさえ合金内に存在し得る。合金製造中に冷却条件によって制御される合金元素は、最初は溶液中に存在する。固溶限界を下回る温度、例えば２５０℃で合金を形成する間に、微粒子が析出し、それらが結晶粒の成長を妨げ、次に粒子硬化および微粒子化硬化の故に合金の引張強度を増大させる。合金元素が完全に溶液に溶けていく温度以下の温度、例えば２００℃で、形成された半完成品をその後時効処理に付すことによっても、微粒子を析出させることができるが、それらの粒子は、結晶粒成長プロセスを抑制し強度を向上させるため、その後の熱化学処理中もマトリックス中に残存し続ける。

本発明の合金は耐腐食性が特に高い。それは合金マトリックス内のある元素の含有量およびある元素の組み合わせを大幅に減らすことにより達成され、それによりあるミクロ構造体が得られ、そのミクロ構造体では、個々のマトリックス相の間で電気化学的電位差がもはや生じず、従ってかかる電位差が生理学的媒体内で素材の腐食を促進させる役割を演じることがもはやなくなる。

不純物に関して以前に知られていた許容限界は、製造されたマグネシウム合金がしばしば熱機械処理に付されること、より具体的には準平衡構造体を形成する長期の焼きなましプロセスに付されることを考慮に入れていない。金属元素は拡散により結合し、金属間相として知られるものを形成し、かかる金属間相はマグネシウムマトリックスとは異なる電気化学ポテンシャル、しかも明らかにかなり高いポテンシャルを有しており、従ってカソードとして行動し、電解腐食プロセスを引き起こし得る。

本発明の合金はＡｌを含んでいるので、一般的にマグネシウム合金の耐腐食性にかなり悪い影響を及ぼすＮｉ、ＣｏまたはＣｕなどの元素だけでなく、Ｆｅ、ＭｎおよびＳｉ元素も特に制限することがとりわけ重要である。
従来の技術に従ってかかる合金を製造する場合、残りのＦｅおよび残りのＭｎが共に溶解物中に残留する。加えて、かかる溶解物はＳｉに関しては精製されることはない。しかし、Ｆｅ、ＭｎおよびＳｉは三元の金属間Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ相を形成する傾向がとても強く、かかる相は高い陽電位を有しているので、素材の腐食にとって非常に効果的なカソードとなる。また、Ａｌは溶解物中の粒界を更にシフトさせ、鉄が鉄粒子として、または他の元素との金属間粒子として析出し始め、鉄の含有量が大幅に減少する。

出願人は、個々の不純物の許容限界が重量％で以下の場合、すなわちＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕが各０．０００５未満、Ｚｒ、Ｙが各０．０００３未満、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｒまたはレアアースが合計で０．００１未満、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂが各０．０００３未満、およびＰが０．０００２未満の場合に、腐食安定な合金マトリックスが達成できることを見出した。

腐食安定合金マトリックスは、不純物を合計で０．００５３重量％以下含むのが好ましく、それは個々の不純物の許容限界が重量％で以下の場合、すなわちＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎが各０．０００５未満、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕが各０．０００２未満、Ｚｒ、Ｙが各０．０００３未満、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｒまたはレアアースが合計で０．００１未満、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂが各０．０００３未満、およびＰが０．０００１未満の場合に達成できる。

特に好ましい腐食安定合金マトリックスは、不純物を合計で０．００２２重量％以下含み、それは個々の不純物の許容限界が重量％で以下の場合、すなわちＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎが各０．０００２未満、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｙが各０．０００１未満、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｒまたはレアアースが合計で０．００５未満、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂが各０．０００１未満、およびＰが０．０００１未満の場合に達成できる。

マトリックスと比べて電位差がポジティブな析出物または粒子の形成は、Ｆｅ、Ｓｉ，Ｍｎ、ＣＯ、ＮｉおよびＣｕからなる個々の不純物の合計が０．００３０重量％、好ましくは０．００２１重量％、特に好ましくは０．０００９重量％であれば、完全に抑制される、あるいは大幅に減少する。
本発明の合金の特に有利な点は、関連性のある量のＦｅ、ＳｉまたはＭｎがもはや含まれておらず、ＺｎおよびＡｌだけが残っていることであり、その結果マグネシウムの耐腐食性が向上し強度が改善されるが、腐食プロセスに有効なカソードを形成し得る元素は一切存在しない。更に、かかる低濃度では、マトリックスと比較してよりポジティブな電気化学的ポテンシャルを有する金属間相の形成がもはや許されなくなる。

Ｚｒの含有量が従来の技術と比べてかなり低いので、マグネシウムマトリックスよりも貴で腐食を促進するカソード部位として行動するＺｒに富む相が一切形成されない。

イットリウムの含有量を制限することにより、応力および振動腐食の傾向が有利に減少し、それが機械的強度の急速な脆弱化を相殺する。

加えて、生分解性インプラント由来のマグネシウム合金の化学元素は人体で吸収されるので、合金中のＢｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂ並びにレアアース（序数２１、５７−７１および８９−１０３の元素）は、高い生物的適合性を達成するため、かつかかる元素とマグネシウム、アルミニウムおよび亜鉛との金属間相の形成を抑制するため、制限しなければならない。

従って、かかる低濃度により、マトリックスと比較してよりポジティブな電気化学的ポテンシャルを有する析出物または粒子相がマグネシウムマトリックスには一切含まれない、あるいは少量しか含まれないことも保証される。

ＺｎおよびＡｌによる固溶体硬化に関連して、本出願の合金に含まれる元素のかかる析出物または粒子はマグネシウムマトリックスの強度を増大させ、マトリックスの電気化学的ポテンシャルを高め、それにより、特に生理学的媒体に関して、腐食低下効果が生まれる。析出物のサイズは好ましくは１μｍ以下であり、好ましくは０．２μｍ以下であり、析出物は結晶粒界および粒子内部に位置しているので、加熱処理中の結晶粒界の移動並びに変形中の転位が減損し、マグネシウム合金の強度が増大する。

本特許出願のマグネシウム合金は、２７５ＭＰａ超、好ましくは３００ＭＰａ超の引張強度、２００ＭＰａ超、好ましくは２２５ＭＰａ超の降伏点、０．８未満、好ましくは０．７５未満の降伏比を達成し、その場合、引張強度と降伏点の差は５０ＭＰａ超、好ましくは１００ＭＰａ超、機械的非対称性は１．２５未満である。
かかる新規のマグネシウム合金の大幅に改善された機械的性質は、インプラント例えば心血管ステントが、腐食によりマグネシウムマトリックスの分解が始まっているにも拘らず、全サポート期間に亘って移植状態の多軸永久荷重に耐えられることを、保証するものである。
機械的非対称性を最小限にするため、７．５μｍ以下、好ましくは５μｍ未満、特に好ましくは２．５μｍ未満の粒度を有する特に微細なミクロ構造を有することが、マグネシウム合金にとって特に重要である。

更に、当該目的は、改善された機械的性質および電気化学的性質を有するマグネシウム合金の製造方法により達成される。かかる方法は以下の工程：
ａ）真空蒸留による高純度マグネシウムの生成工程；
ｂ）工程ａ）に従った前記マグネシウムと高純度のＺｎおよびＡｌ（組成は１．５重量％から７．０重量％までのＺｎ、０．５重量%から３．５重量％までのＡｌ）との合成による合金ビレットの生成工程であって、残りは不純物を含むマグネシウムであり、前記不純物は、電気化学的電位差および／または析出および／または金属間相の形成を促進し、合計０．００６３重量％以下のＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｙ、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアース、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂ並びにＰであり、重量％による合金のＺｎ含量は重量％による合金のＡｌ含量に等しいかまたはそれより多い、生成工程；
ｃ）１時間から６０時間の放置期間並びに曝気および水浴による冷却を伴う２５０℃と３５０℃の間の温度による焼きなましによる前記合金の均質化工程；および
ｃ）２５０℃と３５０℃の間の範囲の温度による前記均質化合金の、少なくとも一回の形成工程；および
ｄ）任意に、５分から６時間までの放置時間を有する２００℃と３５０℃の間の範囲の温度による前記形成合金の加熱処理工程、を含む。

好ましい実施形態では、工程ｃ）は合金が２７０℃から３５０℃までの範囲の温度で実施される。
Ｚｎの含有量が好ましくは１．５重量％から５．５重量％まで、更に特に３．５重量％から５．５重量％まで、およびＡｌの含有量が好ましくは０．２重量％から２．０重量％まで、更に特に１．０重量％から２．０重量％までの場合、合金のミクロ構造はＺｎとＡｌからなる混合結晶であり、かかる混合結晶は完全に溶液形態で存在し、析出物はなく、高級マグネシウムよりも高い標準電位を有することが保証される。その後の形成（工程）中、個々の元素の固溶限界を超えないため、形成温度、例えば２７０℃から３３０℃を維持するように注意しなければならない。そうすれば、腐食促進効果の原因となり得るマトリックス中での粒子の形成が抑制される。

対照的に、Ｚｎの含有量が好ましくは３．０重量％から７．０重量％まで、更に特に４．０重量％から６．０重量まで、およびＡｌの含有量が好ましくは０．５重量％から３．５重量％まで、更に特に１．５重量％から２．５重量％までの場合、これは、合金元素が固溶限界よりも僅かに多い量で存在することを意味する。均質化焼きなまし後、固溶限界を下回る２００℃から３５０℃の温度で行われる工程ｄ）の形成プロセスは、Ｍｇ_１７Ａｌ_１２相の析出を抑制し、微粒子だけをＭｇ_３Ｚｎ_３Ａｌ_２およびＭｇＺｎの形態でマトリックス中に析出するが、これらは結晶粒の成長を妨げ、粒子硬化および微粒子化硬化の故に合金の引張強度を増大させる。合金元素を完全に溶液に溶かす温度以下の温度（通常２０℃から３２５℃の温度）で、形成された半完成品をその後時効処理に付すことにより、粒子を析出させることができるが、それらの粒子はその後の熱化学処理中もマトリックス中に残存し続け、結晶粒成長プロセスを抑制し、強度を更に向上させる。

必要な閾値を有する本特許出願の合金の出発原料を製造するのに、真空蒸留が好ましく使用される。
合金元素であるＺｎおよびＡｌの量並びに不純物の合計は選択的に調整でき、重量％で以下の通りである。
ａ）個々の不純物に関して、
Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕは各０．０００５未満、
Ｚｒ、Ｙは各０．０００３未満、
序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアースは合計０．００１未満、
Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂは各０．０００３未満、および
Ｐは０．０００２未満である。
ａａ）不純物の好ましい合計量である０．００５３重量％における個々の不純物に関して、
Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎは各０．０００５未満、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕは各０．０００２未満、
Ｚｒ、Ｙは各０．０００３未満、
序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアースは合計０．００１未満、
Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂは各０．０００３未満、および
Ｐは０．０００１未満である。
ａｂ）不純物の特に好ましい合計量である０．００２２重量％における個々の不純物に関して、
Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎは各０．０００２未満、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｙは各０．０００１未満、
序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアースは合計０．０００５未満、
Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂは各０．０００１未満、および
Ｐは０．０００１未満である。
ｂ）個々の不純物の組み合わせの合計に関して、
Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕは０．００４０以下、好ましくは０．００２０以下、特に好ましくは０．００１０以下である。

本明細書記載の方法が少数の形成工程しか要求しないのは、特に有利なことである。従って、押し出し法、剪断押し出し法および／または複数鍛造が好ましく活用でき、それにより実質的に均質な１５μｍ未満の微細粒の達成が保証される。
人工的時効処理の故に、粒度１μｍ、好ましくは０．２μｍの析出物が結晶粒界および粒子内部に形成され、合金の引張強度は２７５ＭＰａ超、好ましくは３００ＭＰａ超の値に達するが、これは従来の技術よりもかなり高い。

本特許出願の第三の概念は、医療技術において本方法に従って製造される、前述の有利な組成と構造を有するマグネシウム合金の使用であって、特に組織インプラントおよび組織移植片を固定および仮付けするためのインプラント、例えばステントなどの血管内インプラント、整形外科および歯科インプラント並びに神経インプラントを製造するための使用に関するものである。

本特許出願に関するインプラントは全て、心血管分野、骨接合分野または他の領域である。

本特許出願に関する心血管分野とは、以下の内容を意味する。
‐心血管系すなわち心臓と血管系のあらゆる疾病の診断、予防および治療分野、
‐血管および血管系をサポートするために使用されるアクティブインプラントおよび非アクティブインプラントによるもの、
‐ステント、バルブ、閉鎖装置、オクルダー、クリップ、コイル、ステープル、植え込み型局所薬物送達装置などの冠状血管インプラント、脳血管インプラント、末梢血管インプラントを含む、
‐植え込み型電気刺激装置（ペースメーカー、除細動器など）、植え込み型監視システム、植え込み型電極、
‐組織インプラントおよび組織移植片を固定および仮付けするためのシステム、
‐当該分野には、骨、椎間板などの中空臓器（または中空体？）をサポートするための機械的固定または一時的骨組など、あらゆる種類のステントが含まれる。

本特許出願に関する骨接合分野とは、以下の内容を意味する。
‐金属板、ピン、ロッド、ワイヤ、スクリュー、クリップ、ネイル、ステープルなどの機械的装置による内部固定および安定化のための骨折治療分野であり、ステント技術を除く。

骨接合分野または心血管分野以外の領域の例は、以下の通りである。
‐腱、関節、筋肉、軟骨の病気の治療装置、
‐口腔（歯科を含む）および顎顔面インプラント（骨接合手段を除く）、
‐審美的インプラント、
‐体外の支持具（例？）
‐再生医学、
‐軟組織インプラント、
‐創傷ケア用の装置、
‐縫合素材およびクランプ、
‐神経外科、
‐局所薬物送達（心血管すなわち肝臓を除く）
‐腎臓。

（実施例１）
生成されるマグネシウム合金は、５．０重量%のＺｎおよび２重量％のＡｌからなり、残りはＭｇであり、合金元素は完全に溶液状態で存在し、以下のような個々の不純物を重量％で含有する。
鉄は０．０００５未満、Ｓｉは０．０００５未満、Ｍｎは０．０００５未満、Ｃｏは０．０００２未満、Ｎｉは０．０００２未満、Ｃｕは０．０００２未満であり、不純物Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｕの合計は０．００２１重量％以下、Ｚｒの含有量は０．０００３重量％未満、Ｙの含有量は０．０００１重量％未満、序数２１、３９、５７−７１および８９−１０３のレアアースは合計０．００１未満、ＢｅおよびＣｄの含有量は０．０００1重量％以下、およびＰは０．０００１未満であるべきである。

マグネシウム真空蒸留を用いて製造された本合金は、３００℃の温度で４８時間、均質化焼きなましを行い、その後、固溶限界を超える温度である２７５℃から３００℃までの温度で形成プロセスに付す。心血管ステント用の精密チューブは、Ｍｇ_３Ｚｎ_３Ａｌ_２粒子の析出を防ぐため、複数押し出しプロセスおよび固溶限界を超える２７５℃での焼きなましプロセスにより製造される。
達成された粒度は１０μｍ未満で、マグネシウム合金は３００ＭＰａ超の引張強度および２３０ＭＰａ未満の耐力に達した。降伏比は０．７２で、機械的対称性は１．１５であった。

（実施例２）
生成されるマグネシウム合金は、５．５重量%のＺｎおよび３重量％のＡｌからなり、残りはＭｇであり、合金元素のいくつかは０．５μｍ未満の粒度を有するＭｇＺｎＡｌ形態の粒子として存在しており、以下のような個々の不純物を重量％で含有する。
鉄は０．０００５未満、Ｓｉは０．０００５未満、Ｍｎは０．０００５未満、Ｃｏは０．０００２未満、Ｎｉは０．０００２未満、Ｃｕは０．０００２未満であり、不純物Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｕの合計は０．００２１重量％以下、Ｚｒの含有量は０．０００３重量％未満、Ｙの含有量は０．０００１重量％未満、序数２１、３９、５７−７１および８９−１０３のレアアースは合計０．００１未満、ＢｅおよびＣｄの含有量は０．０００1重量％以下、およびＰは０．０００１未満であるべきである。
本マグネシウム合金は、実施例１に対応する方法で製造される。
ＭｇＺｎＡｌ粒子のいくらかを析出させるため、固溶限界以上、２７５℃以下の温度で、押し出し法を実施する。

心血管ステント用の精密チューブは、複数押し出しプロセスおよび焼きなましプロセスにより、部分的に固溶限界未満で製造された。固溶限界は３３０℃であった。本特許出願の対象である該合金は、以下の性質を有していた。
‐３１０ＭＰａから３４０ＭＰａまでの引張強度、
‐２３０ＭＰａ以下の耐力、
‐０．６９の降伏比、
‐１．１の機械的対称性、および
‐５μ未満の粒度。

Claims (22)

1. 改善された機械的性質および電気化学的性質を有するマグネシウム合金であって、１．５重量％から７．０重量％までのＺｎ、０．５重量%から３．５重量％までのＡｌで、残りは不純物を含むマグネシウムであり、前記不純物は、電気化学的電位差および／または析出および／または金属間相の形成を促進し、合計０．００６３重量％以下のＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｙ、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアース、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂ並びにＰであり、重量％による合金のＺｎ含量は重量％による合金のＡｌ含量に等しいかまたはそれより多い、マグネシウム合金。
2. 請求項１に記載のマグネシウム合金において、Ｚｎの含有量は好ましくは１．５重量％から５．５重量％まで、更に特に３．５重量％から５．５重量％まで、およびＡｌの含有量は好ましくは０．５重量％から２．０重量％まで、更に特に１．０重量％から２．０重量％までであり、合金のミクロ構造は、完全に溶液形態で存在し析出物はなくＺｎとＡｌからなる混合結晶であることを特徴とする、マグネシウム合金。
3. 請求項１に記載のマグネシウム合金において、Ｚｎの含有量は好ましくは３．０重量％から７．０重量％まで、更に特に４．０重量％から６．０重量まで、およびＡｌの含有量は好ましくは０．５重量％から３．５重量％まで、更に特に１．５重量％から２．５重量％までであり、合金のマトリックスは、Ｍｇ_３Ｚｎ_３Ａｌ_２およびＭｇＺｎの形態の析出物だけを含んでなることを特徴とする、マグネシウム合金。
4. 請求項１に記載のマグネシウム合金において、不純物の合計中の前記個々の不純物は重量％で以下の量、すなわち鉄は０．０００５未満、Ｓｉは０．０００５未満、Ｍｎは０．０００５未満、Ｃｏは０．０００５未満、Ｎｉは０．０００５未満、Ｃｕは０．０００５未満、Ｚｒは０．０００３未満、Ｙは０．０００３未満、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアースは合計０．００１未満、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂは各０．０００３未満、およびＰは０．０００２未満であることを特徴とする、マグネシウム合金。
5. 請求項１に記載のマグネシウム合金において、不純物元素であるＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｕを組み合わせると、前記不純物の合計は重量％で０．００３０以下、好ましくは０．００２１以下、特に好ましくは０．０００９以下であることを特徴とする、マグネシウム合金。
6. 請求項２に記載のマグネシウム合金において、前記合金は、７．５μｍ未満の粒度、好ましくは５μｍ未満の粒度、更に好ましくは２．５μｍ未満の粒度を有する微細のミクロ構造を有することを特徴とする、マグネシウム合金。
7. 請求項３に記載のマグネシウム合金において、前記合金マトリックスは、電位差がない析出物、あるいはマトリックスと比較して電位差が可能な限り小さい析出物、あるいはマトリックスよりも卑である析出物のみを含んでなることを特徴とする、マグネシウム合金。
8. 請求項１に記載のマグネシウム合金において、前記析出物は、サイズが１μｍ、好ましくは０．２μｍ未満であり、結晶粒界または粒子内部に分散状態で分配されていることを特徴とする、マグネシウム合金。
9. 請求項１に記載のマグネシウム合金において、前記合金は、２７５ＭＰａ以上、好ましくは３００ＭＰａ以上の引張強度、２００ＭＰａ以上、好ましくは２２５ＭＰａ以上の降伏点、０．８未満、好ましくは０．７５未満の降伏比を有し、引張強度と降伏点の差は５０ＭＰａ以上、好ましくは１００ＭＰａ以上、機械的非対称性は１．２５未満であることを特徴とする、マグネシウム合金。
10. 改善された機械的性質および電気化学的性質を有するマグネシウム合金を製造する方法であって、以下の工程：
    ａ）真空蒸留による高純度マグネシウムの生成工程；
    ｂ）工程ａ）に従った前記マグネシウムと高純度のＺｎおよびＡｌ（組成は１．５重量％から７．０重量％までのＺｎ、０．５重量%から３．５重量％までのＡｌ）との合成による合金ビレットの生成工程であって、残りは不純物を含むマグネシウムであり、前記不純物は、電気化学的電位差および／または析出および／または金属間相の形成を促進し、合計０．００６３重量％以下のＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｙ、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアース、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂ並びにＰであり、重量％による合金のＺｎ含量は重量％による合金のＡｌ含量に等しいかまたはそれより多い、生成工程；
    ｃ）１時間から６０時間の放置期間並びに曝気および水浴による冷却を伴う２５０℃と３５０℃の間の温度による焼きなましによる前記合金の均質化工程；および
    ｃ）２５０℃と３５０℃の間、好ましくは２７０℃と３５０℃の間の範囲の温度による前記均質化合金の、少なくとも一回の形成工程；および
    ｄ）任意に、５分から６時間までの放置時間を有する２００℃と３５０℃の間の範囲の温度による前記形成合金の加熱処理工程、
    を含んでなる、方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、Ｚｎの含有量は好ましくは１．５重量％から５．５重量％まで、更に特に３．５重量％から５．５重量％まで、およびＡｌの含有量は好ましくは０．２重量％から２．０重量％まで、更に特に１．０重量％から２．０重量％までであり、合金のミクロ構造は、完全に溶液形態で存在し析出物はなくＺｎとＡｌからなる混合結晶であることを特徴とする、方法。
12. 請求項１０に記載の方法において、Ｚｎの含有量は好ましくは３．０重量％から７．０重量％まで、更に特に４．０重量％から６．０重量％まで、およびＡｌの含有量は好ましくは０．５重量％から３．５重量％まで、更に特に１．５重量％から２．５重量％までであり、合金のマトリックスは、Ｍｇ_３Ｚｎ_３Ａｌ_２およびＭｇＺｎの形態の析出物だけを含んでなることを特徴とする、方法。
13. 請求項１０または１１に記載の方法において、前記合金元素は固溶限界を超える量は含まれず、合金マトリックス内の析出物の形成は固溶限界を下回る形成プロセスおよび加熱処理プロセスにより抑制され、前記析出物は前記合金マトリックスと比較して腐食を促進するカソードを形成することを特徴とする、方法。
14. 請求項１０または１１に記載の方法において、前記合金元素は固溶限界を僅かに超える量含まれ、かつ固溶限界を下回る温度、好ましくは２００℃から３５０℃の範囲の温度の形成プロセスおよび加熱処理プロセスからの析出物が、強度を調整するために使用されることを特徴とする、方法。
15. 請求項１３または１４に記載の方法において、前記析出物は、サイズが１μｍ、好ましくは０．２μｍ未満であり、結晶粒界または粒子内部に分散状態で分配されていることを特徴とする、方法。
16. 請求項１０に記載の方法において、不純物の合計中の前記個々の不純物は重量％で以下の量、すなわち鉄は０．０００５未満、Ｓｉは０．０００５未満、Ｍｎは０．０００５未満、Ｃｏは０．０００５未満、Ｎｉは０．０００５未満、Ｃｕは０．０００５未満、Ｚｒは０．０００３未満、Ｙは０．０００３未満、序数２１、５７−７１および８９−１０３のＳｃまたはレアアースは合計０．００１未満、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎおよび／またはＰｂは各０．０００３未満、およびＰは０．０００２未満であることを特徴とする、方法。
17. 請求項１０に記載の方法において、不純物元素であるＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｕを組み合わせると、前記不純物の合計は重量％で０．００４０以下、好ましくは０．００２０以下、特に好ましくは０．００１０以下であることを特徴とする、方法。
18. 請求項１０に記載の方法において、前記形成プロセスは押し出し法、剪断押し出し法（ＥＣＡＥ）および／または複数鍛造プロセスであることを特徴とする、方法。
19. 生分解性インプラントを製造するための、請求項１〜９のいずれか一項に記載のマグネシウム合金の使用。
20. 請求項１９に記載のマグネシウム合金の使用において、前記インプラントが、ステントなどの血管内インプラント、組織インプラントおよび組織移植片を固定および仮付けするためのインプラント、整形外科および歯科インプラント並びに神経インプラントの群から選択されることを特徴とする、使用。
21. 請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法によって製造されるマグネシウム合金の使用。
22. 請求項２１に記載のマグネシウム合金の使用において、前記インプラントが、ステントなどの血管内インプラント、組織インプラントおよび組織移植片を固定および仮付けするためのインプラント、整形外科および歯科インプラント並びに神経インプラントの群から選択されることを特徴とする、使用。