[发明专利]一种可降解高强韧耐蚀生物医用镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可降解高强韧耐蚀生物医用镁合金及其制备方法，属于镁合金生物材料领域。

背景技术

生物体内可降解吸收材料是生物材料研究的热点。临床应用的生物体内可降解吸收材料主要是聚合物和某些陶瓷材料，如聚乳酸、磷酸钙等，但聚合物材料强度偏低，陶瓷材料的塑韧性又较差。不锈钢、钛合金和钴铬合金等用于医用植入金属材料的优势在于其良好的力学性能和耐腐蚀性能，可在体内长期保持整体的结构稳定。然而，这些金属材料植入后，在体内不能降解，作为异物永久性存留在体内，这会让患者痛苦不堪。例如，金属心血管支架植入人体后会诱发炎症和血管内膜增生，为此患者不得不坚持长期服用抗凝血药物。尤其是在婴幼儿体内植入支架，由于植入的金属物质永久存在，抑制了该处的血管直径随年龄的增长而增大，易诱发管腔的再次狭窄。因此，能够生物降解的医用金属材料就成为植入材料未来的研究与发展方向，而与人体骨骼密度最为接近的镁合金有着独特的优势，镁合金容易加工成形，并具有优良的综合力学性能及独特的生物降解功能，而镁又是人体所必需的宏量金属元素之一。此外，镁合金的弹性模量约为45GPa，也接近于人体骨骼（10～40GPa），能有效地缓解甚至避免“应力遮挡效应”。镁合金在人体中释放出的镁离子还可促进骨细胞的增殖及分化，促进骨骼的生长和愈合。

综上所述，若采用镁合金制造生物体植入物，将同时兼具“生物医用金属材料”的力学性能优势和“可降解高分子材料”的降解吸收的特点，具有良好的医用前景。

发明内容

本发明旨在提供一种可降解高强韧耐蚀生物医用镁合金及其制备方法，目的在于解决上述存在的问题并避免和克服其不足，通过镁基体上弥散分布着均匀细小的Mg₂Sn、CaMgSn、Mg₂Ca第二相，从而获得具有最佳的高强韧、耐腐蚀、可完全降解的生物医用镁合金。本发明可用于心血管介入治疗、骨内植入等医疗领域。

本发明提供了一种可降解的高强韧耐蚀生物医用镁合金，由以下质量百分比的元素组成：Sn 4.00~7.00%，Ca 0.50~5.00%，Zr 0.30~0.70%，其余为Mg和不可避免的杂质元素。

所述的杂质元素包括Fe、 Ni、 Al 、Cu，杂质元素按质量百分比计，每种含量不超过0.1%，总量不超过0.4%。

所述的镁合金产品在镁基体上弥散分布着Mg₂Sn、CaMgSn、Mg₂Ca第二相。

本发明提供了一种上述的可降解的高强韧耐蚀生物医用镁合金的制备方法，具体工艺步骤为：

第一步：熔炼

（1）按所述比例称取原材料的纯度分别为： Mg(>99.99wt.%) ， Sn(>99.99wt.%),Mg-30wt.%Ca (Mg+Ca>99.95wt.%)，Mg-30wt.%Zr (Mg + Zr > 99.95wt.%)；

（2）首先将纯Mg、纯Sn、 Mg-Ca、Mg-Zr中间合金预热到 200~220℃；

（3）然后将纯镁放入有SF₆ /CO₂气体保护的井式电阻坩埚炉中熔化，待Mg锭熔化后，在 680~700℃加入纯Sn；

（4）当镁基熔液温度达到 720~740℃后，将 Mg-Ca 中间合金直接加入到镁基熔液中；

（5）待Mg-Ca中间合金熔化后，将镁基熔液温度回升至 760~780℃时再加入 Mg-Zr 中间合金，待 Mg-Zr 中间合金熔化后撇去表面浮渣，搅拌 2~3 min；

（6）再将镁基熔液温度升至 780~800℃，保温 20~30 min，然后降温至 730~750℃，不断电精炼 8~10 min，精炼后升温到750~780℃静置 25~40 min；

（7）静置后镁基熔液冷却至710~720℃后撇去表面浮渣浇入预热温度为200~210℃的铸铁模具中，即得到Mg-Sn-Ca-Zr镁合金铸锭；

第二步：均匀化处理

将第一步所得Mg-Sn-Ca-Zr镁合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理温度根据Pandat 热力学软件相图模拟结果以及差热分析仪测定的相变转变点温度，选取在单相区固相线以上，液相线以下温度区间，适用于本发明Mg-Sn-Ca-Zr镁合金的均匀化处理工艺条件为：加热温度为450~500℃，保温时间为8~10h， 冷却方式为60~70℃水淬；

第三步：热挤压变形