[发明专利]一种应用于生物医用材料领域的耐应力腐蚀镁合金及制备方法和应用

说明书

本发明涉及镁合金领域，特别涉及一种应用于生物医用材料领域的耐应力腐蚀镁合金及制备方法和应用。按重量百分比计，该镁合金中锌含量为0.5～4.0％，钕含量为0.1～4.0％，锆含量为0.1～2.0％，钙含量为0.1～0.5％。本发明通过微合金化的方法调控镁合金的微观组织以及腐蚀产物层的成分，Zr元素通过晶粒细化提高孪晶产生的临界剪切应力，防止在施加应力后镁合金内部产生易发生腐蚀的孪晶，Zn、Nd和Ca元素调控腐蚀产物层的成分，形成ZnO、Nd₂O₃和CaCO₃稳定腐蚀产物层，避免应力导致腐蚀产物层破裂加速腐蚀。该镁合金能够应用于生物医用材料领域涉及到的镁合金器件，解决镁合金器件在服役过程中由于应力腐蚀导致的失效问题。

技术领域

本发明涉及镁合金领域，特别涉及一种应用于生物医用材料领域的耐应力腐蚀镁合金及制备方法和应用。

背景技术

由于具有良好的生物相容性和力学性能，可降解等特点，镁合金作为生物医用材料具有很广阔的应用前景。作为可降解生物材料，镁合金的耐蚀性能直接决定着镁合金植入物服役期内的力学支撑作用。因此，改善镁合金耐蚀性能一直是生物医用镁合金的一个研究热点。目前，关于镁合金耐蚀性能的研究思路主要集中在调控无应力状态下镁合金的腐蚀行为。如：中国专利公开号分别为CN106987747A、CN106811706B和CN104264021B的专利中，采用合金化或调整加工工艺的方式有效改善了无应力状态下镁合金的耐蚀性能。但生物医用镁合金器件在服役过程中的复杂应力状态往往会加速其腐蚀，甚至导致镁合金器件提前失效。因此，改善镁合金的应力腐蚀性能，保证镁合金器件在应力状态下仍然具有较好的耐蚀性能是镁合金作为生物医用材料应用亟待解决的一个技术瓶颈。

目前，关于调控镁合金应力腐蚀性能的研究较少，且仍存在一定问题。例如：公开号为CN108187994B的中国专利，虽然通过在镁合金表面制备环氧涂层改善了镁合金的耐应力腐蚀性能，但涂层的制备也增加了镁合金器件的制造难度和成本。公开号为CN114574741A的中国专利，通过合金化的方法提高镁合金的强度和耐蚀性能改善其耐应力腐蚀性能，但忽略了镁合金应力状态下的微观组织演变对耐蚀性能的影响。在应力和腐蚀的共同作用下，镁合金的微观组织演变和表面腐蚀产物层的状态是应力腐蚀的主要影响因素。施加应力状态下，镁合金内部会形成孪晶来协调应力诱发的应变，而能量较高的孪晶处易优先腐蚀，孪晶的出现会加剧应力腐蚀的发生。同时腐蚀产物层的成分直接决定了腐蚀产物层的致密度以及应力状态下的稳定程度，腐蚀产物层疏松的镁合金往往具有较强的应力腐蚀倾向。因此，如何调控应力状态下镁合金的微观组织演变及腐蚀产物层的状态是改善镁合金耐应力腐蚀性能亟待解决的问题。

另外，公开号为CN111228577A的中国专利中，公开了一种Mg-Zn-Nd-Zr-Ca-Fe合金，虽然通过调控合金元素含量有效控制了镁合金的降解速率，但铁元素和较多钙元素(0.5～4％)的加入将导致镁合金易发生电偶腐蚀，该合金的在Hank’s溶液中的降解速率为0.25mg·cm^-2·day^-1(5.24mm·y^-1)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于生物医用材料领域的耐应力腐蚀镁合金及制备方法和应用，该镁合金能够应用于生物医用材料领域涉及到的镁合金器件，减少镁合金器件在服役过程中由于应力腐蚀诱发的失效问题。

本发明的技术方案是：

一种应用于生物医用材料领域的耐应力腐蚀镁合金，按重量百分比计，该镁合金中：锌含量为0.5～4.0％，钕含量为0.1～4.0％，锆含量为0.1～2.0％，钙含量为0.1～0.5％。

所述的应用于生物医用材料领域的耐应力腐蚀镁合金，优选的，按重量百分比计，该镁合金中：锌含量为1.0～3.0％，钕含量为0.1～1.5％，锆含量为0.1～2.0％，钙含量为0.1～0.5％。