一种高耐蚀性生物医用可降解镁合金及其制备方法

本申请涉及医用材料，更具体地说，它涉及一种高耐蚀性生物医用可降解镁合金及其制备方法。

背景技术：

1、镁合金因其可降解性、良好的生物相容性、生物力学相容性等优势而被认为是一种很有前途的生物可降解植入材料，成为医用金属材料研究热点之一。然而，镁合金降解过快和局部腐蚀等问题限制了其在承重部位的临床应用。因此，需要阐明镁合金在体内复杂介质及应力作用下的降解规律与机理，从镁合金自身腐蚀性能角度出发，在保证生物相容性、安全性的基础上实现镁合金降解速率与降解方式的可控性。纯镁的各项特性都很活跃，所以，我们往往采用合金的方式增加镁的抗腐蚀性。

2、从生物学上考虑，人体必需的元素中，金属元素共有14种，它们分别是：钾、钠、钙、镁、铁、钼、钒、锌、铜、铬、钴、锰、锶、锡、镍，其中钾、钠、钙、镁的含量占人体内金属元素总量的99％以上。虽然这些金属元素都是人体能接受的，但钼、钒、铜、铬、钴、锶、锡、镍等元素都是人体内的痕量元素，人体对它们的耐受量非常小，当它们在人体内的含量过多时会对人体造成严重的伤害，因此无法作为合金元素考虑。

技术实现思路

1、本公开提供了一种高耐蚀性生物医用可降解镁合金及其制备方法，制备工艺简单高效，镁、钙、锰均为人体所需元素，具有良好的生物相容性，适合所有可降解生物医用金属材料，尤其是具有高耐蚀性。

2、第一方面，本公开提供一种高耐蚀性生物医用可降解的镁合金，所述镁合金包括镁、钙、锰、稀土金属，所述镁合金通过对金属镁和钙粒、锰粒、稀土金属颗粒进行熔炼和热处理制得的。

3、优选的，所述稀土金属为为钆、镝、钬、铒、镱、镥。

4、优选的，所述金属钙含量为0.1-3wt.％。

5、优选的，所述金属锰含量为0.1-5wt.％。

6、优选的，所述稀土金属含量为0.01-2wt.％。

7、第二方面，本公开提供一种高耐蚀性生物医用可降解镁合金的制备方法，包括以下步骤：

8、s1.称取钙粒、锰粒、稀土金属以及余量的镁锭，备用；

9、s2.用火焰喷枪将金属模具预热至300-350℃，然后将模具放入炉内；

10、s3.将熔炼所述镁锭和钙、锰、稀土金属颗粒，分别放入坩埚和合金加料箱中，然后合炉，进行处理；

11、s4.所述熔炼炉进行高温处理，使得坩埚内镁锭已完全熔化，转动合金加料箱将钙、锰、稀土金属颗粒投入坩埚内，加热至最终温度850-900℃保温，启动搅拌刀，搅拌大约10min，再倾转坩埚数次，关闭加热电偶，然后将液态合金浇入模具中，完成浇铸；

12、s5.将浇铸体在450-500℃环境下保温24h，然后水淬，得到所述镁合金。

13、优选的，步骤s3中，所述处理方法为：将熔炼炉内抽真空至10-3pa，然后充入高纯氩气至8×104pa。

14、优选的，步骤s4中，所述高温处理具体为所述熔炼炉加热到400-450℃后保温，待炉内温度与坩埚内温度差小于100-150℃时再缓慢加热至680℃。

15、综上所述，本申请具有以下有益效果：

16、1、本申请中镁金属合金化可以细化镁合金晶粒；钙的添加能提高镁合金在空气中的燃点，有效的阻止在熔炼过程中的燃烧；也可以显著提高镁合金在高温下的抗氧化性，提高镁合金的高温性能及蠕变性能；另外，钙元素的加入提高析氢过电位，降低阳极反应速率，锰能够削减杂质铁作为阴极的不利影响，降低镁合金的微电池效应，从而提高镁合金的耐蚀性，降低镁合金在人体内的降解速度；稀土元素的加入可以提高镁合金的耐热性，同时也会细化晶粒，减少显微疏松和热裂倾向，改善铸造性能和焊接性能；

17、2、本申请中制备高耐蚀性可降解生物医用镁合金选择人体本身含有的钙，以及对人体无害的微量的锰作为合金元素，避免合金元素的带来的生物安全性问题；而且合金在降解过程中可以释放钙离子，钙能维持骨骼的强度，还可以与钾、钠一起协调神经和肌肉的活动，并能起到将人体中的一些有毒有机物转化为无毒的作用；避免在器件植入之后引起感染，从而减轻患者的痛苦与麻烦；

18、3、本申请高耐蚀性可降解生物医用镁合金的制备方法可以制备出尺寸范围较宽的板、棒、线及型材等，可以用于不同植入器件的制备，例如制备骨钉、骨板、支架、多孔器件、缝合线等生物医用器件。

19、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开的保护范围。

技术特征：

1.一种高耐蚀性生物医用可降解的镁合金，其特征在于，所述镁合金包括镁、钙、锰、稀土金属，所述镁合金通过对金属镁和钙粒、锰粒、稀土金属颗粒进行熔炼和热处理制得的。

2.根据权利要求1所述高耐蚀性生物医用可降解的镁合金，其特征在于，所述稀土金属为为钆、镝、钬、铒、镱、镥。

3.根据权利要求1所述高耐蚀性生物医用可降解的镁合金，其特征在于，所述金属钙含量为0.1-3wt.％。

4.根据权利要求1所述高耐蚀性生物医用可降解的镁合金，其特征在于，所述金属锰含量为0.1-5wt.％。

5.根据权利要求1所述高耐蚀性生物医用可降解的镁合金，其特征在于，所述稀土金属含量为0.01-2wt.％。

6.根据权利要求1-4任意一项所述高耐蚀性生物医用可降解镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述高耐蚀性生物医用可降解镁合金的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述处理方法为：将熔炼炉内抽真空至10-3pa，然后充入高纯氩气至8×104pa。

8.根据权利要求6所述高耐蚀性生物医用可降解镁合金的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述高温处理具体为所述熔炼炉加热到400-450℃后保温，待炉内温度与坩埚内温度差小于100-150℃时再缓慢加热至680℃。

技术总结本申请涉及医用材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高耐蚀性生物医用可降解镁合金，具体工艺步骤包括：所述镁合金包括0.1‑3wt.％的钙、0.1‑5wt.％的锰、0.01‑2wt.％的稀土金属以及余量的金属镁。制备方法包括对金属镁和钙粒、锰粒、稀土金属颗粒进行熔炼和热处理。本发明通过镁与钙、锰、稀土金属元素合金化起作用，钙元素的加入提高析氢过电位，降低阳极反应速率；锰元素的加入减少杂质铁作为阴极的微电池效应，提高合金的韧性；稀土元素的加入提高镁合金的耐热性，同时也会细化晶粒，改善铸造性能和焊接性能。本发明制备工艺简单高效，镁、钙、锰均为人体所需元素，具有良好的生物相容性，适合所有可降解生物医用金属材料，尤其是具有高耐蚀性。技术研发人员：彭秋明,邹国栋,王金铭,高伟受保护的技术使用者：燕山大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11