[发明专利]一种高塑性和可生物降解Zn-Mn系锌合金及其制备方法

说明书

本发明公开了高塑性和可生物降解Zn‑Mn系锌合金及其制备方法。属于生物医用金属材料成分设计和制备技术领域。这种锌合金包括质量百分数为0.1～3％的Mn，余量为Zn。经过真空感应熔炼和塑性加工后具有良好的力学性能，满足医用植入体材料的强度和塑性要求。无毒、可体内降解，具备良好的组织相容性和血液相容性，溶出的金属离子能被生物体吸收利用促进组织器官的修复或通过新陈代谢排出体外。

技术领域

本发明涉及一种高塑性和可生物降解Zn-Mn系锌合金及其制备方法，属于生物医用金属材料成分设计和制备技术领域。

技术背景

传统医用金属材料主要有不锈钢、钛合金和钴基合金等，它们有良好的耐腐蚀性能。但是，这些材料难以被人体自身降解，一旦植入便长期存在于人体，在完成其医学功能后，将给人带来不良影响，因此需要通过二次手术取出，增加了病人的痛苦、经济和精神负担。目前，研究较多的生物可降解金属材料为镁和镁合金、铁及铁合金。但是，镁及镁合金的降解速率过快，并且会在降解过程中释放氢气，导致皮下气肿等不良反应。而铁及铁合金虽然可被人体降解，但是降解速率非常缓慢，难以满足医疗需求。纯锌的标准电极电位为-0.763V，高于纯镁(-2.37V)，低于纯铁(-0.44V)，因此纯锌的腐蚀速率介于纯镁和纯铁之间，有望成为可临床使用的新型生物医用可降解材料。现有专利和论文中报道的可生物降解的锌合金有Zn-Fe系、Zn-Mg系、Zn-Cu系、Zn-Li系、Zn-Al-Mg系、Zn-Ca系、Zn-Sr系和Zn-Ag系合金。

本专利所述合金由锌元素和锰元素组成。锌在人体细胞代谢和基因表达等方面有重要作用，能够促进生长发育、维持细胞结构和参与免疫功能的调节，是人体必需的微量元素。缺锌将导致厌食、毛发稀疏、伤口愈合缓慢、免疫力低下等病症。正常成人体内约含2～3g锌，每天需要摄入13～15mg锌，其主要在十二指肠和空肠被吸收，主要通过粪便排出，约为5～10mg/d，也有少量锌通过尿和汗液排出。锰在人体中有促进脂质代谢、参与造血、增强免疫力等作用，有利于防治癌症、精神分裂和糖尿病等重大疾病，是非常重要的生命元素。缺锰会导致人食欲不振、发育不良、机体衰老和性功能衰退等疾病。正常人体内约含12～20mg锰，主要集中在脑、肾、胰腺和肝脏等器官中，主要通过胆汁、肠道、尿及汗腺排泄，正常人粪便中约含0.04～0.05mg锰。

目前国内外还没有文献和专利报道本专利所述Zn-Mn系合金的制备方法及合金性能，并提出将Zn-Mn系合金作为可降解生物医用材料使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高塑性Zn-Mn系锌合金及其制备方法。

一种高塑性和可生物降解Zn-Mn系锌合金，其特征在于合金元素成分范围是0.1～3％的Mn，余量为Zn，上述成分范围以质量百分比计算。

优选合金元素按重量百分比计算：

(1)由99.2％的Zn和0.8％的Mn组成；

(2)由99.6％的Zn和0.4％的Mn组成。

如上所述高塑性和可生物降解Zn-Mn系锌合金的制备方法，制备步骤如下：

(1)将所述Zn和Mn按照重量百分比分别配料；

(2)将配料后的Zn和Mn放入真空感应熔炼炉中；

(3)在氩气保护下，将所述原料在750～800℃精炼3～7分钟，然后浇入高纯石墨模具，冷却至室温后即得所述锌合金铸锭；

(4)将所述锌合金铸锭进行轧制；轧制后根据情况决定是否对所述锌合金进行退火。

进一步的，所述轧制包括下述3种方式，采用其中任一种都能得到成品板材：

(1)热轧；

(2)热轧→冷轧；

(3)热轧→冷轧→循环复合叠轧。