[发明专利]一种超高压力作用下的Mg-Sc-X合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超高压力作用下的Mg‑Sc‑X合金及其制备方法，按质量百分比计包括如下成份：Sc18～22wt.％，X0.05～0.5wt.％，所述X选自Zn、Cu、Zr中的至少一种，余量为Mg，所述Mg‑Sc‑X合金的压力值为1GPa～6GPa级，所述Mg‑Sc‑X合金的压缩屈服强度为160～185MPa、压缩极限强度为325～380MPa，以提供一种压缩力学性能高、耐腐蚀和血液相容性优异的超高压力作用下的Mg‑Sc‑X(X＝Zn、Cu、Zr)合金及其制备方法。

技术领域

本发明涉及生物可降解医用镁合金技术领域，特别涉及一种超高压力作用下的Mg-Sc-X合金及其制备方法。

背景技术

镁合金由于具有令人满意的机械性能、可接受的生物降解速率、良好的生物相容性和优越的促成骨能力等特性，是一种有前途且已被广泛接受的可降解骨植入物候选材料。此外，镁合金的杨氏模量(41～45GPa)接近于人体骨骼(30GPa左右)，因此可以避免“应力屏蔽”效应。到目前为止，含稀土元素(REE)的镁合金作为骨科植入物已得到了广泛的研究。据报道，WE43合金(Y：4wt.％，Nd和Gd混合金属：3wt.％)表现出优异的机械性能和良好的耐腐蚀性能。MAGNEZIX MgYREZr可吸收镁合金压缩骨钉及Magmaris冠状动脉支架，其组成类似于WE43合金，分别在2013年和2016年获得欧盟安全合格标志(CE)，且目前的临床随访结果相对满意。此外，其他基于Mg-RE系列开发的稀土镁合金，例如Mg-X(X＝La、Ce、Nd)合金、Mg-Dy合金、Mg-Zn-Gd合金和Mg-Nd-Zn-Zr合金也已通过体外研究和体内测试。作为稀土元素之一，钪(Sc)已被广泛用于航空航天和其他工业领域的铝合金元素中。而在镁合金中添加Sc元素具有一些独特的优势。例如，有助于α-Mg晶粒的细化，可以提高镁合金的综合性能。关于机械性能，已知Sc在α-Mg中的固溶度较高(24.5wt.％)，因此通过固溶强化可以提高镁合金的强度。在腐蚀方面，钪作为一种稀土元素被认为可以加入到腐蚀膜中，增强其钝化性和致密性，从而保护镁基体。在铸造过程中，钪的存在可以净化合金熔体，减轻杂质(铁、镍、铜等)的负面影响，从而进一步降低镁合金的腐蚀速率。同时，Mg-Sc合金的体内和体外生物试验表明，均没有观察到单相和双相Mg-30Sc合金对MC3T3细胞的毒化作用。此外，Mg-Sc合金是迄今为止发现的唯一一种形状记忆镁基合金，这一发现有助于拓宽其作为可降解形状记忆生物医学植入物的潜在应用，如自膨胀支架、体温下的形状恢复钉等。

最重要的是，Sc是唯一能改变镁合金基体相由密排六方(hcp)结构转变为体心立方(bcc)结构的稀土元素。根据Mg-Sc相图，在适当的钪含量范围内，采用适当的热处理以及快速凝固工艺，可以在室温下获得β相Mg-Sc合金。也就是说，Mg-Sc合金的相组成可以通过不同的热处理程序和快速凝固工艺来控制。作为一种制备新型材料、获取优异性能的重要手段，GPa级超高压合成技术已经引起广泛关注。由于超高压作用于材料的凝固及后续的热处理过程，压力影响原子间的间距，从而使溶质的扩散系数减小，材料中的相组成、各元素的溶解度、组织形貌等表现出异于常压凝固的材料，致使材料的微观和宏观的性能发生改变。

到目前为目还未见有报道超高压力(GPa级)作用下的Mg-Sc-X(X＝Zn、Cu、Zr)合金及其制备方法的研究，故提出将高压作用后的Mg-Sc-X(X＝Zn、Cu、Zr)合金用作下一阶段的可降解生物医用材料的应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种压缩力学性能高、耐腐蚀和血液相容性优异的超高压力作用下的Mg-Sc-X合金及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种超高压力作用下的Mg-Sc-X合金及其制备方法，按质量百分比计包括如下成份：Sc18～22wt.％，X0.05～0.5wt.％，所述X选自Zn、Cu、Zr中的至少一种，余量为Mg，所述Mg-Sc-X合金的压力值为1GPa～6GPa级，所述Mg-Sc-X合金的压缩屈服强度为160～185MPa、压缩极限强度为325～380MPa。