[发明专利]一种含非晶熔凝层的生物镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含非晶熔凝层的生物镁合金及其制备方法，属于生物镁合金设计和非晶制造技术领域。所述生物镁合金从里到外依次包括基材、热影响层、非晶熔凝层。所述镁合金以原子百分比计，包括如下组分：镁55‑66％，锌28‑35％，钙5‑10％。其制备方法为：按设计组分配取高纯镁锭、锌锭、Mg‑30Ca中间合金，在保护气氛下熔炼，浇入模具后获得生物镁合金块体。在保护气氛下采用激光熔化工艺对生物镁合金块体表面进行重熔，获得含非晶熔凝层的生物镁合金，所述激光熔化工艺参数为：激光功率为400‑600W，扫描速度为60‑120mm/s，光斑直径为3‑5mm，搭接率为50％。本发明的制备方法简单、环保，所得含非晶熔凝层的生物镁合金具有优异的耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及一种含非晶熔凝层的生物镁合金及其制备方法，属于生物镁合金设计和制造技术领域。

背景技术

镁合金由于其优异的力学相容性、生物相容性和可降解性，近年来成为生物可降解植入材料领域的研究热点。植入生物体内的镁合金材料在体内缓慢降解并最终被新生的组织取代，免去了二次手术的困扰，减轻了患者的痛苦和医疗负担。但镁的化学性质极为活泼(-2.36V_SHE)，并且在腐蚀过程中产生的氧化膜疏松多孔(PBR＝0.8)，导致镁及镁合金在含有氯离子的人体生理环境中过早的丧失其作用，同时镁合金降解速度过快，导致局部pH值升高，不利于新生组织的生长及稳定。因此生物医用镁合金在人体服役过程中降解速率过快是一个亟待解决的问题。

镁合金耐蚀性的改善可通过添加合金元素或进行表面处理。添加合金元素可直接提高镁合金材料的耐腐蚀性，提高其腐蚀电位，影响腐蚀动力学和腐蚀形貌。但由于植入生物体内的材料必须为无毒元素，故利用添加合金元素提高耐蚀性变得较为困难。传统的表面改性有化学转化膜、电镀、阳极氧化、热喷涂等方法，以上方法需要添加化学试剂，不利于绿色环保。激光重熔是将激光技术、计算机控制系统结合在一起的交叉技术，涉及物理、化学、金属冶金等领域，操作简单绿色环保。非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，从而促进非晶结构形成。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高强度、高硬度等，块体非晶合金是近年来兴起的新型材料，从而制备块体非晶对提高生物镁合金的耐蚀性效果显著。而制备非晶合金的途径有水淬法、铜模吸铸法、甩带、定向凝固、粉末冶金法等，会限制成型合金的尺寸形状，不利于后续生物材料临床应用。在现有的技术中，利用激光的方法制备生物块体镁合金非晶涂层的研究尚未见报道。

专利(CN 107164711A)公开了一种短脉冲激光提高镁合金表面耐腐蚀性的方法，利用短脉冲激光获得重熔层，然而在该专利的条件下，所获得的重熔层并未形成非晶熔凝层，因此耐腐蚀性能提升有限。

为了获得生物镁合金非晶熔凝层，目前均是采用预置涂层法和同步送粉法，不管哪种方法都需要引入其他的金属元素，以形成非晶熔凝层，然而这些金属元素，如Fe、Ni、Cu等，在Mg中的固溶度极其有限，分布在Mg晶界处呈网状，在合晶中表现出活跃的阴极特性，促进合金表面形成微电池，对镁合晶的耐腐蚀性能极为不利，同时合金元素在降解过程中不能被人体所吸收，具有一定的毒性。因此这类方法所形成的含非晶熔凝层的镁合金并不适合用于作为生物医用材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有优异耐腐蚀性能、生物相容性良好的含非晶熔凝层的生物镁合金及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一种含非晶熔凝层的生物镁合金，所述生物镁合金从里到外依次包括基材、热影响层、非晶熔凝层；所述镁合金以原子百分比计，包括如下组分：

镁55-66％，锌28-35％，钙5-10％。

优选的方案，所述镁合金以原子百分比计，包括如下组分：

镁60-66％，锌29-35％，钙5％。