[发明专利]一种具有耐腐蚀功能的生物镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有耐腐蚀功能的生物镁合金，该生物镁合金由生物镁合金基体和分布于生物镁合金基体晶界上的氧化石墨烯构成；所述氧化石墨烯包裹生物镁合金晶粒形成纳米蜂窝结构第二相。本发明还公开一种制备方法，包括如下步骤：(1)按设计比例，将GO粉和生物镁合金粉分别置于无水乙醇中超声搅拌得到GO悬浮液和生物镁合金悬浮液；(2)将GO悬浮液缓慢加入生物镁合金悬浮液中，继续超声搅拌得到混合悬浮液，混合悬浮液经真空过滤、干燥处理后得到均匀分散的混合粉末；(3)将上述得到的混合粉末在保护气氛下，通过激光选区熔化制备得到具有耐腐蚀功能的生物镁合金。本发明利用GO构建的纳米蜂窝结构第二相，能够作为“保护盾”隔绝生物镁合金与体液的接触，避免常规第二相的电偶腐蚀效应，提高耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于生物医疗材料制备技术领域，尤其涉及一种具有耐腐蚀功能的生物镁合金及其制备方法。

背景技术

近年来，生物镁合金因优良的生物相容性以及与人体骨骼相近的密度和弹性模量，在骨组织工程支架、骨科固定物等领域获得了越来越多的关注。作为金属材料，生物镁合金具有比高分子材料更高的强度、比陶瓷材料更好的韧性，而与传统的不锈钢、钛合金等医用金属相比，生物镁合金最大的优势在于能在人体中完全降解；同时镁离子是人体第四丰富的阳离子，几乎参与了所有的新陈代谢过程并能促进骨再生。然而，生物镁合金在体液中的降解速率达到0.2～1.0mm/a，远高于骨修复要求的<0.1mm/a，很可能在服役期间就因过快降解而丧失结构完整性；同时快速腐蚀产生的大量氢气及pH值升高也会阻碍伤口愈合甚至导致组织坏死。因此，如何提高生物镁合金的耐腐蚀性能，是其作为植入材料迫切需要解决的难题。

石墨烯是一种由单层碳原子紧密排列构成的二维纳米材料。得益于独特的sp2轨道杂化连接及二维结构，石墨烯具有非常优异的物理和力学性能，比表面积、断裂强度和弹性模量分别达到2630m²/g、130GPa和1TPa。更重要的是，石墨烯还拥有突出的抗渗透性和化学惰性，能够在基体和腐蚀介质之间架起“迷宫式”的隔离区，通过屏蔽作用阻碍气体、液体、离子等腐蚀介质的扩散渗透，进而阻断基体-腐蚀介质的界面电荷转移。而作为石墨烯的一种重要衍生物，氧化石墨烯(GO)不但保留了其特殊的层状结构和优异性能，并且在碳原子平面上分布有众多的羧基、羰基、羟基等含氧基团，具有良好的亲水性和抗菌性，还能促进类骨磷灰石的沉积。这些特性使得GO在改善生物镁合金耐腐蚀性能方面展现出了巨大的潜力。

然而目前关于GO/生物镁合金耐腐蚀性能的研究很少，这是由于生物镁合金通常采用熔炼-浇铸、粉末冶金等常规工艺制备，成形过程中温度超过600℃、时间长达数小时，如此长时间的高温作用不仅极易引起GO的结构破坏，失去其原有结构及性能；同时也会造成GO与基体发生界面反应生成碳化物，降低生物镁合金的力学性能。因此，将GO作为第二相有效复合到生物镁合金中是一个巨大的挑战。现有的研究局限于将GO作为表面涂层或涂层添加剂应用于生物镁合金，表面涂层只能保护生物镁合金在植入初期不被腐蚀降解，短暂延迟了镁合金与体液的接触时间，而在涂层破裂脱落后，镁合金基体失去保护还是会发生快速降解。因此，探索新的途径从而实现生物镁合金的持续可控降解，成为实现其组织修复应用的当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种具有耐腐蚀功能的生物镁合金及其制备方法，该方法成形过程中GO能够通过减少接触和促进形核细化生物镁合金晶粒，同时分布在晶界上的GO能够包裹镁合金晶粒形成纳米蜂窝结构第二相。

为解决上述技术问题，本发明提供的具有耐腐蚀功能的生物镁合金，该生物镁合金由生物镁合金基体和均匀分布于生物镁合金基体晶界上的氧化石墨烯构成；所述氧化石墨烯包裹生物镁合金晶粒形成纳米蜂窝结构第二相；其中，氧化石墨烯的质量百分含量为0.8-1.2％。

进一步的，氧化石墨烯的质量百分含量为0.8-1.0％。

进一步的，氧化石墨烯的质量百分含量为1.0％。