[发明专利]一种生物医用镁合金及其丝材的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及医用金属材料技术领域，具体涉及一种生物医用镁合金及其丝材的制备方法和应用。

背景技术

目前临床使用的骨科植入器械主要为钛合金、不锈钢、钴基合金等，具有稳定的固定效果和优越的生物相容性，但也存在弹性模量高、密度大、不能降解吸收等缺点。

近年来，可降解镁合金在可吸收骨科植入器械方面的应用前景受到了全世界研究者的广泛关注。镁合金具有优良的力学性能和可降解性；良好的力学相容性，其弹性模量约为41～45GPa，密度在1.7～1.9g/cm³左右，和人体骨骼相近；其比强度、比刚度较高，并具有良好的生物相容性。但是镁合金在人体中腐蚀速率过快，后期强度不足，阻碍了镁合金作为生物植入材料的应用。因此，开发可控降解速率、良好力学性能的医用镁合金是镁合金作为医用材料的关键。

随着生物医用镁合金研发的不断深入，镁合金细丝材在骨固定用镁丝增强高分子复合材料、胃肠吻合用吻合钉/缝合线、编织馆腔内支架等多个医学领域的潜在应用价值逐渐被发掘。对于金属细丝材，目前工业成熟也是最佳的生产方法是采用拉拔加工。然而，镁合金的六方晶体结构特性使其室温变形加工能力受到很大限制。因此，高塑性镁合金丝材的开发，是医用镁合金研究领域重要方向之一。

发明内容

本发明目的是提供一种生物医用镁合金及其丝材的制备方法和应用，以解决现有技术的不足。

本发明采用以下技术方案：

一种生物医用镁合金，按质量百分比计，包括：1～10％Gd，0.1～5％Sr，0.1～2.5％Si，0.1～3％M，余量为Mg和不可避免的杂质，其中，所述M为Ca、Mn、Zn中的一种或多种。

进一步地，所述生物医用镁合金，按质量百分比计，包括：1～5％Gd，2～5％Sr，0.1～1.5％Si，0.1～1.5％M，余量为Mg和不可避免的杂质，其中，所述M为Ca、Mn、Zn中的一种或多种。

进一步地，所述生物医用镁合金，按质量百分比计，包括：6～10％Gd，0.1～1.8％Sr，1.2～2.5％Si，1.5～3％M，余量为Mg和不可避免的杂质，其中，所述M为Ca、Mn、Zn中的一种或多种。

上述生物医用镁合金中所述不可避免的杂质按质量百分比计，Fe≤0.05％，Ni≤0.02％。

上述生物医用镁合金进行丝材制备的方法，包括如下步骤：

1)采用SF₆+CO₂混合气体作为保护气体，SF₆和CO₂流量比为1:100，将镁锭完全熔化，之后加入Si、M，搅拌均匀；当熔体升至730℃～780℃时，加入Gd、Sr，搅拌均匀并清除熔渣，保温10～30min，中间搅拌3～5次，待合金全部溶解后，停止加热；

2)待熔体降至700～710℃时，将熔体倒入横截面直径为50～100mm的铸模中，获得镁合金锭坯；在450℃～530℃对镁合金锭坯进行退火10～30h；

3)将镁合金锭坯在400℃～500℃下保温2～2.5h后进行挤压，挤压温度为450℃，获得直径为2～5mm的镁合金丝材；

4)将步骤3)获得的镁合金丝材于拉拔机中进行拉拔，单道次变形量为10～50％；当拉拔频繁断裂时，采用中间退火工艺：300℃～460℃，时间10min～60min。

进一步地，步骤4)所述拉拔是在25℃～200℃下进行拉拔。

进一步地，拉拔后的镁合金丝材的表面还涂覆可降解陶瓷涂层，采用的方法包括阳极氧化、微弧氧化、等离子喷涂或电沉积。

进一步地，在涂覆可降解陶瓷涂层的镁合金丝材的表面采用提拉法或匀胶法获得可降解高分子涂层。

上述制备的镁合金丝材为多元镁合金材料，具有良好的生物相容性和力学性能，细胞毒性评级为0级，抗拉强度为210MPa～350MPa，延伸率为10％～25％。可以单独用于人体，例如缝合线、吻合钉等，亦可与高分子类材料复合，用作骨内固定材料，例如骨板、骨钉等。

本发明的医用镁合金成分设计依据为：Gd的加入可以改善镁合金的耐蚀性，并且无应力腐蚀倾向；同时还可以改善镁合金的铸造性能、提高合金强度以及延展性。Sr是人体必需的微量元素之一，99％存在于骨骼和牙齿中，其中骨骼中Sr含量大约为100～120mg/kg，Sr盐一方面具有促进成骨细胞的生长，并抑制破骨细胞的生长，防止溶骨现象以及促进血管形成等作用；另一方面适量的Sr可以提高镁合金的强度以及耐腐蚀性能。合金化元素Si同样是人体必需的元素，可促进骨骼发育生长。