[发明专利]一种生物Nd-Zn合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物Nd‑Zn合金及其制备方法，其中稀土Nd的质量分数为5～10wt％，Zn的质量分数为90～95wt％，然后用激光选区熔化技术成形三维实体植入物。稀土Nd作为一种活性元素，能够细化锌基体的晶粒，同时生成共晶相，增强基体力学性能；另一方面，稀土Nd能够降低锌金属在熔融状态下的黏度，提高激光成形锌金属的致密度和成形质量。同时，本发明通过激光成形工艺的控制形成了均匀弥散分布的金属间化合物NdZn₂进一步对Nd‑Zn合金的力学性能增强，利用本发明所制备的生物Nd‑Zn合金具有较高的力学强度，合适的降解速率，以及良好的生物相容性和抗炎功能，是一种很有潜力的骨修复材料。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，尤其涉及一种生物Nd-Zn合金及其制备方法。

背景技术

可降解金属，包括铁、镁和锌，不仅具有比生物陶瓷、高分子材料更好的力学性能，而且能够在体内降解直至被人体完全吸收，因此近年来受到越来越多的关注。铁金属的可加工性和力学性能优异，但降解速率过慢，会限制新组织的生长，且降解产物生物相容性较差。镁金属的降解产物生物相容性良好，但降解速率过快，降解过程中容易引起局部碱性升高和氢气聚集，从而引起并发症。锌的电化学电位介于铁和镁之间，降解速率适中，且降解生成的锌离子是人体的必要营养元素，参与了人体的大量新陈代谢反应。近来的研究表明，锌金属是最值得期待的新型可降解金属材料。然而，锌金属具有密排六方结构，塑性差，可加工性能差，如何制备复杂外形锌金属植入物仍是当下的一个挑战。

激光选区熔化是一种以激光为热源使金属粉末完全熔化/凝固成形的制造技术。得益于独特的增材制造理念，其能够实现复杂结构的快速制备，满足患者的个性化外形定制需求。另一方面，激光增材制造也是一种快速凝固技术，能够有效抑制晶粒长大、减少成分偏析、扩展合金元素固溶，获得组织均匀细小的微组织，进而提升力学性能。然而，锌金属的熔沸点很低，且非常接近，导致激光作用过程中很容易发生气化，导致烧结致密度低、表面质量差、力学强度不足等缺陷。另一方面，锌金属的力学性能仍不能满足医用骨植入骨的使用要求，尤其是针对承重骨应用场合。

发明内容

针对现有技术中激光成形锌金属存在烧结致密度低、力学强度不足的问题，本发明提供一种致密度高，力学性能优异且具有良好的抗炎性能的金属间化合物增强的生物Nd-Zn合金及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种生物Nd-Zn合金；由Nd-Zn合金基体以及弥散分布于Nd-Zn合金基体中的NdZn₂组成，其以质量百分比计包括下述组分：Nd 5～10wt％，Zn 90～95wt％。

优选的方案，所述生物Nd-Zn合金，其以质量百分比计包括下述组分：Nd 6～8wt％，Zn 92～94wt％。

作为进一步的优选，所述生物Nd-Zn合金，其以质量百分比计包括下述组分：Nd8wt％，Zn 92wt％。

优选的方案，所述生物Nd-Zn合金基体的晶粒尺寸为2-7μm，所述NdZn₂的晶粒尺寸为50～200nm。

优选的方案，所述生物Nd-Zn合金由Nd-Zn合金粉末经激光选区熔化成形。

优选的方案，所述生物Nd-Zn合金的致密度≥97％，极限拉伸强度为150～230MPa，降解速率为0.2～0.3mm/year。

作为进一步的优选，所述生物Nd-Zn合金的极限拉伸强度为195～230Mpa。

本发明还提供了上述生物Nd-Zn合金的制备方法，包括如下步骤：