[发明专利]一种生物医用Mg-Sn-Zn-Sr镁合金及其制备方法

说明书

本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种生物医用Mg‑Sn‑Zn‑Sr镁合金及其制备方法，所述镁合金包括以下重量百分比组分：Sn 0.5‑1.5％、Zn 0.3‑0.7％、Sr 0.05‑0.15％，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02％，余量为Mg。其工艺为先对各成分进行混合熔炼，随后进行固溶热处理，最后进行塑性变形。本发明镁合金选择多种人体必需的微量元素，同时控制合金元素总量，材料无毒性、具有良好耐蚀性和高强韧性，可人体降解。

技术领域

本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种生物医用Mg-Sn-Zn-Sr镁合金及其制备方法。

背景技术

传统的不锈钢、钛合金等金属生物植入材料在获得广泛临床应用的同时，也暴露出一些弊端：(1)不锈钢、钛合金等材料与人体骨骼在弹性模量上差距很大，植入后产生应力遮挡效应，影响骨愈合过程或导致骨质疏松，甚至引发二次骨折；(2)尽管不锈钢、钛合金等材料的化学性质相对稳定，但在长期植入过程中仍可能释放出部分有害离子，存在引发炎症、过敏的风险；(3)由于不锈钢、钛合金等材料在体内不可降解，在人体组织功能恢复之后需要通过二次手术取出，增加患者的痛苦、二次手术风险和医疗成本。与传统的不锈钢、钛合金等金属材料相比，镁合金作为生物植入材料，具有一系列独特的优势。近年来，镁合金材料已成为生物植入材料领域的研究热点，国内外学者围绕生物镁合金材料开展了大量研究，但目前与临床应用之间仍存在一定的距离，主要障碍在于：(1)部分镁合金中的合金元素存在潜在毒性；(2)在体液环境中，镁合金的降解速率过快，容易发生严重的局部腐蚀。合理的成分设计和加工方法选择，是开发新型生物镁合金材料，改善镁合金在体液环境中耐腐蚀性能，同时提高其力学性能的潜在途径。

近年来，镁锡(Mg-Sn)系合金作为一类潜在的生物镁合金材料，逐渐引起国内外学者的重视。Sn属于人体必需的微量元素，动物实验证明Sn元素毒性非常低，满足生物相容性要求。从力学性能角度来看，添加Sn元素能够改善镁合金的强度和塑性。Zhen等人将Mg-3Sn-0.5Mn(wt.％)合金与目前生物镁合金中研究最多的WE43合金对比，发现该合金的腐蚀速率低于WE43合金，且腐蚀更加均匀(Zhen Z,Xi T,Zheng Y,et al.In vitro study onMg-Sn-Mn alloy as biodegradable metals[J].Journal of Materials Science&Technology,2014,30(7):675-685.)。J.Kubásek等人对比了不同合金元素含量的Mg-Sn、Mg-Ga和Mg-In三类铸造二元合金，从腐蚀速率、细胞毒性、力学性能和成本等多方面综合考虑，认为Mg-1Sn合金是较为合适的生物镁合金材料(Kubásek J,Vojtěch D,Lipov J,etal.Structure,mechaniSrl properties,corrosion behavior and cytotoxicity ofbiodegradable Mg-X(X＝Sn,Ga,In)alloys[J].Materials Science and Engineering:C,2013,33(4):2421-2432.)。

发明内容

本发明主要提供了一种生物医用Mg-Sn-Zn-Sr镁合金及其制备方法，该合金材料无毒性、具有良好耐蚀性和高强韧性，可人体降解。其技术方案如下：

一种生物医用Mg-Sn-Zn-Sr镁合金，其包括以下重量百分比组分：Sn 0.5-1.5％、Zn 0.3-0.7％、Sr 0.05-0.15％，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02％，余量为Mg。

一种上述生物医用Mg-Sn-Zn-Sr镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照配方量采用纯镁锭、纯锡锭、纯锌锭和Mg-Sr中间合金在气体保护下进行熔炼，得到Mg-Sn-Zn-Sr系镁合金铸锭；