[发明专利]一种具有均匀可控降解性能的医用镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有均匀可控降解性能的医用镁合金及其制备方法，该镁合金由ZK30基体和均匀分布在ZK30晶粒内部的长周期堆垛有序结构组成。其制备步骤：在保护气氛下，将Gd粉末和ZK30粉末球磨得到均匀分散的混合粉末，随后通过激光选区熔化制备具有LPSO结构的镁合金。本发明采用的激光选区熔化工艺能够通过快速熔化和快速凝固，一方面大幅细化基体晶粒和LPSO结构，另一方面增大溶质元素固溶度，避免金属间化合物的析出；所形成的LPSO结构呈平行层片状，均匀分布在基体晶粒内部，而在不同晶粒之间其方向又有所差异，因此能够有效阻碍降解过程向邻近晶粒的扩展；同时LPSO结构作为一种不稳定第二相，会优先降解并形成致密的降解产物，进一步对镁基体起到保护作用。

技术领域

本发明属于医用合金制备技术领域，特别涉及一种具有均匀可控降解性能的医用镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金由于其特有的生物降解性、优良的生物相容性和合适的机械性能而被广泛用作骨植入材料。镁合金的弹性模量(40～45GPa)与人体自然骨(10～40GPa)相近，可有效降低应力屏蔽效应。此外，降解释放的镁离子是人体内的重要阳离子，除了参与多种新陈代谢外，还与骨组织的钙化过程直接相关，是骨代谢的关键因素。然而，镁合金过快的降解速率和不均匀的降解模式导致其过早失去机械完整性，限制了限制其作为植入物在临床中的应用。因此，如何提高镁合金的降解抗力并转变其降解模式，成为国内外研究的重点。

众所周知，镁合金大都为多相合金，而且第二相基本沿晶界分布，在体液环境下镁基体会和第二相形成微电偶腐蚀，以非均匀模式加速镁合金降解。因此第二相的组成、数量和分布等对镁合金的降解行为起着决定性作用。长周期堆垛有序(LPSO)结构是一种分布于晶粒内部的不稳定第二相，它在体液环境下可以优先降解形成产物膜，从而对基体起到保护作用；而且它们在晶粒内部呈平行的层片状分布，这种方向性分布可以抑制降解过程在邻近晶粒之间的扩展。因此，如能制备出这种在晶粒内部均匀分布的LPSO结构，有望同步实现镁合金降解抗力的提高和均匀降解模式的形成。

目前，相关研究主要采用铸造方法，所制备的LPSO结构镁合金中，LPSO结构靠近晶粒边缘，尺寸粗大且分布不均，而且有金属间化合物析出，因此对降解行为的改善有限。相比而言，激光选区熔化(SLM)技术具有快速熔化和快速凝固的特点，已被证实能够大幅细化基体组织和提高溶质元素固溶度，若能将其应用于LPSO结构镁合金的制备中，将有望形成更加细小的LPSO结构和基体组织，进而促进LPSO结构在晶粒内部的均匀分布，同时避免金属间化合物的析出。

发明内容

为了克服上述现有技术中的镁合金降解速率过快和降解不均匀等缺点，本发明的目的在于提供一种具有均匀可控降解性能的医用镁合金及其制备方法，通过SLM技术合金化稀土元素Gd到ZK30镁合金中，一方面形成细小LPSO结构且均匀分布在合金晶粒内部，另一方面抑制金属间化合物的析出，从而提高镁合金的降解抗力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有均匀可控降解性能的医用镁合金，由Mg-3Zn-0.5Zr(ZK30)基体和均匀分布在ZK30晶粒内部的长周期堆垛有序(LPSO)结构组成。

优选地，所述长周期堆垛有序(LPSO)结构为在一定的ZK30和Gd成分的条件下，基体中Gd和Zn接近一定原子比的无序固溶体可以发生有序化过程，即溶质原子会从统计随机分布状态过渡到规则排列状态，形成长周期有序(LPSO)结构相Mg₁₂ZnGd。

优选地，所述长周期堆垛有序(LPSO)结构呈平行层片状，均匀分布在基体晶粒内部。

优选地，所述长周期堆垛有序(LPSO)结构在不同晶粒之间的方向不同，以阻碍降解过程向邻近晶粒的扩展。