[发明专利]一种Mg-Ba系镁合金及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Mg‑Ba系镁合金及其制备方法与应用，合金成分包括Mg和Ba；以质量百分比计，合金中Ba的含量为0～10.0wt.％，但不包括0，余量为Mg；通过同步浇注和轧制预变形技术与深度塑性加工手段相结合的方法制备，可以用于制备骨科医用植入体。本发明的Mg‑Ba系合金可以均匀腐蚀、无第二相残留、无有毒有害元素释放及可控降解，这保证了本发明Mg‑Ba系合金具有良好的细胞、组织反应，在体与骨整合良好。

技术领域

本发明属于医用可降解金属材料领域，具体涉及一种Mg-Ba系镁合金及其制备方法与应用。

背景技术

传统医用金属材料如不锈钢、钛合金等具有良好的力学性质和耐腐蚀性能，在临床上应用广泛。然而，此类材料作为异物在体内长期留存，可能会对周围组织造成不同程度的刺激，并可能由此造成一系列严重后果。例如，传统金属内固定材料的弹性模量远高于人骨，存在“应力遮挡”效应，易导致骨内缺乏足够应力刺激，以致骨折愈合迟缓，甚至诱发二次骨折。又如，由于植入材料发生磨损和有害离子溶出，可能引发人体过敏和炎症反应，严重时甚至导致畸变和诱导癌变等重大疾病发生。此外，骨折内固定等患者病愈后，往往需经二次手术将金属植入物取出，这又会给患者带来新的额外的临床手术痛苦、感染风险和经济负担。

近年来，可降解镁合金的出现，为解决上述问题提供了新方案，因此被称为“革命性医用金属材料”。可降解镁合金在体内可被逐渐腐蚀降解，释放的降解产物可被机体利用，或被排出体外，在协助组织完成修复之后不残留任何植入物。镁是人体必需的宏量元素，它与生命的维持、身体健康有着密切的关系，其本身是高度生物相容的，过剩的镁可经肾脏高效排出。可降解镁合金的弹性模量和密度与骨组织相近，作为骨科植入材料，镁合金可以有效避免“应力遮挡”效应。此外，镁合金腐蚀降解释放的镁离子可以有效诱导新骨生成和促进骨整合。综上所述，镁合金具备理想的骨科植入材料的特性，有望提升骨折、骨缺损等骨相关疾病治疗效果。

但是，现有的可降解镁合金大部分存在降解过快、局部腐蚀严重，以及由此带来的组织兼容性差、材料与骨整合不良的问题，这在一定程度上限制了其在骨科的应用及推广。深究其原因，现有医用镁合金中绝大部分合金元素的电极电位高于Mg，据混合电位理论，这些合金元素与Mg形成的第二相的电位对应地高于Mg基体，二者在液体环境中形成电偶对，Mg基体将优先腐蚀，常导致腐蚀过快、局部腐蚀严重及器械过早失效。此外，这些相对稳定的第二相能否降解，并最终被代谢/排出的问题仍然不清晰，存在医学应用隐患。因此，新研发的可降解镁合金材料应重点解决其可控降解及组织兼容性问题，镁合金中相组成的电极电位设计及调控是潜在的可行途径。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种显微组织均匀、具有适宜力学性能、降解可调可控、组织兼容性良好、适用于骨科等环境使用的Mg-Ba系镁合金及其制备方法与应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种Mg-Ba系镁合金，合金成分包括Mg和Ba；以质量百分比计，合金中Ba的含量为0～10.0wt.％，但不包括0，余量为Mg。优选地，所述Ba的含量为0.2～7.0wt.％。进一步优选地，所述Ba的含量为0.2～2.0wt.％。

上述Mg-Ba系镁合金的制备方法，包括下述步骤：

(1)称取高纯度Mg、Ba原料，混合均匀，得到混合物；在感应炉中抽真空后(＜10^-2Pa)，充入氩气、或者CO₂和SF₆混合气氛保护下，对所述混合物进行熔炼，得到金属熔体；

(2)将所述金属熔体均匀送入两个反向旋转的轧辊中，金属熔体快速冷却，在轧辊间实现同步浇注和轧制，获得Mg-Ba系合金预变形板坯；