[发明专利]一种可降解稀土镁合金医用生物材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金材料技术领域，具体涉及一种可降解稀土镁合金医用生物材料及其制备方法。

背景技术

在高度工业化的当前社会，镁合金由于其重量轻、比强度高、资源储量丰富等特点而受到人们关注，其应用范围已由结构部件和动力系统扩展到能源、生物等功能材料领域。在医用金属材料方面，镁合金不仅力学性能接近自然骨，而且在人体植入实验中表现出杰出的生物相容性。在中性环境和含氯环境里，镁种植体腐蚀分解后形成可溶性的无毒氧化物，并对新生骨组织具有刺激促进生长作用。但是，纯镁、镁铝基和镁锌基等常用镁基材料体系腐蚀速率过快、机械完整性差、没有足够的时间愈合，并不适合作为医用材料使用。因此采用稀土元素作为合金化成分，以提高其强度及耐蚀性能，从而推进医用镁合金材料的发展。

发明内容

针对上述现有技术，本发明所要解决的技术问题是提供一种强度高、塑性好、加工性能优良、可降解、无毒性的可降解稀土镁合金医用生物材料。同时提供了该可降解稀土镁合金医用生物材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可降解稀土镁合金医用生物材料，以镁为基合金，按一定配比关系加入稀土、锌与锆元素制成，所述可降解稀土镁合金化学组成按质量百分比为：Y0.5-2.0wt.％、Dy0.1-0.5wt.％、Zn0.8-1.2wt.％、Zr 0.35-0.55wt.％，其余为Mg和不可避免的杂质元素。

本发明的进一步改进为，稀土元素总含量不超过所述可降解稀土镁合金总质量的2.5wt.%，其中Y为0.5-2.0wt.％、Dy为0.1-0.5wt.％。

本发明的进一步改进为，所述杂质元素包括Fe、Cu、Si、Ni，各组分的质量百分比为：Fe≤0.005wt.％，Cu≤0.0005wt.％，Si≤0.005wt.％，Ni≤0.0005 wt.％。

本发明的进一步改进为，所述稀土与锆元素均采用中间合金的方式加入，所述中间合金为镁-稀土中间合金、镁-锆中间合金，所述镁-稀土中间合金各组分的质量百分比为：镁80wt.%、稀土20wt.%，所述镁-锆中间合金各组分的质量百分比为：镁70wt.%、锆30wt.%。

一种可降解稀土镁合金医用生物材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）合金熔炼：原料按配比进行配料、表面喷砂去皮并预热到200℃；预热铸铁坩埚到300℃，通入SF₆：CO₂体积比为1：200的保护气体，加入镁锭；待坩埚内金属完全熔化且熔体温度达到740℃时，依次加入金属锌、镁-钇中间合金、镁-钆中间合金；当熔体温度达到770℃时，加入镁锆合金，搅拌后待熔体温度降至730℃时持续通入氩气精炼5分钟，在730℃下静置20分钟；当熔体温度降至720℃时，将合金液浇铸到水冷模具中制成可降解稀土镁合金铸锭坯料；

（2）合金挤压：所述铸锭坯料在480℃下进行均质热处理10小时，在车床上进行车削加工，得到表面表面光滑、无夹杂、无突兀和凹陷的挤压坯材；

（3）合金热处理：把冷却后的所述挤压坯材升温至200℃保温2小时，然后升温至260℃保温10小时；取出所述挤压坯材在室温下冷却。

本发明的进一步改进为，所述可降解稀土镁合金医用生物材料的制备方法的步骤（2）合金挤压中：所述挤压坯材在350℃进行挤压，模具、盛锭筒温度为320-340℃，挤压速度设定在2-0.5m/s之间。

本发明的进一步改进为，所述可降解稀土镁合金医用生物材料的制备方法还包括以下步骤：

制备镁-稀土间合金、镁-锆中间合金：按金属镁质量百分比为80wt.%、稀土钆的质量为20wt.%的配比配料，金属镁和稀土钆放入铸铁或石墨坩埚中加热熔化并升温至780℃，搅拌均匀后静置20分钟，然后浇铸成镁-钆中间合金锭，熔炼过程中通入SF₆：CO₂体积比为1：200的保护气体；按照同样的工艺参数及原料配比，分别制备镁-钇中间合金、镁-钕中间合金、镁-镝中间合金；按金属镁质量百分比为70wt.%、金属锆的质量百分比为30wt.%的配比并采用与镁-钆中间合金一样的工艺参数制备镁-锆中间合金锭。