[发明专利]一种生物可降解镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种生物可降解镁合金及其制备方法。该生物可降解镁合金由以下质量百分比的组分组成：锌1.5‑2.0％，锆0.3‑0.5％，镝0.5‑4％，余量为镁。本发明提供的生物可降解镁合金，在纯镁中添加锌元素、锆元素和镝元素制备镁‑锌‑锆‑镝合金，各元素的选择合理，用量适宜，提高了合金的力学性能，降低了降解速率，而且合金表面腐蚀较均匀，在生物降解材料中的应用前景良好。

技术领域

本发明属于镁合金领域，具体涉及一种生物可降解镁合金及其制备方法。

背景技术

在医用材料领域，临床上常用的金属材料主要有不锈钢、钛合金、钴铬合金及钽合金等，这些材料在骨科、心血管内科及牙科等部门得到广泛应用。在骨科方面，金属材料多被用于制作骨骼固定板和骨钉。但常用金属材料多为不锈钢或钴铬合金，这些合金在人体内几乎无降解性，需要通过二次手术从病人体内取出，因此会给病人带来经济和心理上的负担。此外，上述金属材料弹性模量较高，与人体骨骼弹性模量差异较大，会引起应力屏蔽效应，导致新生骨组织疏松，易于发生二次骨折。因此开发出一种对人体无害，且弹性模量与人体骨骼接近，又能避免二次手术的生物降解材料是目前研究者们研究的热点方向。

镁及其合金具有高的比强度、可降解性能及生物相容性等优点被人们广泛关注。在骨科方面，由于镁合金的弹性模量(40-45GPa)与人骨弹性模量(20GPa)较为接近，可以避免应力屏蔽遮挡效应，使新生成的骨骼致密，减少再骨折的发生概率。此外镁也是人体内必需元素，镁合金的降解会为人体提供所需要的镁元素，因此研究和开发生物可降解镁合金对于骨科材料具有革命性的意义。

授权公告号为CN104120320B的中国发明专利公开了一种可降解稀土镁合金医用生物材料及制备方法，该镁合金的化学组成为：Y0.5-2％，Dy0.1-0.5％，Zn0.8-1.2％，Zr0.35-0.55％，余量为镁。该镁合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到190-280MPa，100-170MPa，5-15％，其力学性能较差，而且没有对镁合金的降解性能进行详细研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物可降解镁合金，以解决现有生物可降解镁合金的力学性能差、腐蚀速度快、腐蚀不均匀的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种生物可降解镁合金的制备方法，以解决现有方法制备的镁合金的力学性能差、腐蚀速度快、腐蚀不均匀的问题。

为实现上述目的，本发明的生物可降解镁合金的技术方案是：

一种生物可降解镁合金，由以下质量百分比的组分组成：锌1.5-2.0％，锆0.3-0.5％，镝0.5-4％，余量为镁。

Zn元素作为人体内常量元素，对人体有益。同时Zn在Mg中最大固溶度为6.2％，在室温下固溶度降为1.9％，可作为固溶强化和沉淀强化选择元素，可以提高镁合金的力学性能。此外，Zn的标准电极电位为-0.76V，远远高于纯Mg的标准电极电位(-2.37V)，因此Zn固溶于Mg中可以提高Mg基体的电极电位，减少镁合金发生电偶腐蚀倾向，从而降低镁合金的降解速率。

Zr元素是镁合金中最为有效的晶粒细化元素。由于Zr的晶格常数和晶体结构与Mg相近，而且Zr元素熔点高于Mg，因此在Mg凝固过程中，先析出的Zr可作为Mg相的异质形核点，从而细化镁合金晶粒，进一步提高镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。此外Zr元素也被证明对人体无害，是一种人体有益元素。

Dy元素是镧系族中的重稀土元素，也是镁合金的有效强化元素，Dy元素在镁中固溶度较高，室温下固溶度为25.3wt％，具有明显的固溶强化作用。此外Dy元素固溶于基体中可提高Mg基体电极电位，减少电偶腐蚀倾向，在模拟体液(SBF)中Dy也易形成氧化物和氢氧化物，具有很好的耐蚀性。相关研究证明低含量Dy元素(质量分数10％)对动物体无明显伤害性。