[发明专利]一种可降解医用Zn合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可降解医用Zn合金材料及其制备方法，由Zn、Sn、Mg、Cu、Ag、Ca、Sr、Gd、Nd、Zr、Y和Mn组成Zn合金体系，各组分质量百分比为：Sn为5～10.0％，Mg为1～3.5％，Cu为1.5～4.5％，Zr为0~1.0%，Ca为0～1.0％，Sr为0～1.0％，Gd为0～1.0％，Nd为0～1.0％，Y为0～1.0％，Mn为0～1.5％，Ag为0～0.5％，余量为Zn。本发明制备的Zn基合金避免了不利元素的引入，具有良好的力学性能，合适的降解速率，可以满足医疗器械领域对生物材料的生物安全性和综合力学性能的要求。

技术领域

本发明涉及的是一种医用合金及其制备方法，特别是一种用于生物可降解植入材料领域的合金及其制备方法。

背景技术

在生物医用金属材料中，除了目前临床应用的Fe基合金和钛合金材料外，Mg合金凭借其优良的综合性能，具有生物材料所具有的的良好力学性能、生物相容性和可体内降解性能，可望作为骨骼、血管支架、齿科植入体等的植入体的生物备选材料。

但生物Mg合金具有快的降解速率，在实现其生物功能前，Mg合金植入体已降解而失去支撑作用；而生物Fe基合金是惰性材料，在体内几乎不降解，需要二次手术将植入体取出，增加了病人的痛苦以及经济负担。由此可见，现有的生物材料还不能很好的满足人体植入要求。

Zn是人体必需的营养元素之一，具有与生物Mg合金类似的体内降解现象，而且Zn的降解速率介于Mg基合金和铁基合金之间，接近于人体植入体的要求。但纯Zn硬度低、强度差，难以满足生物植入体对力学性能的要求。目前，采用合金化技术，调控锌合金组织，改善锌合金的力学性能和降解速率，但还存在降解速率较慢的不足。

发明内容

本发明针对现有生物材料存在的不足，提供了一种可降解医用Zn合金材料及其制备方法，所述锌合金材料兼具有较高的强度和塑性、可调的降解速率。

本发明一种可降解医用Zn合金材料，由 Zn、Sn、Mg、Cu、Ag、Zr、Ca、Sr、Gd、Nd、Y和Mn组成Zn合金体系，各组分质量百分比为：Sn为5～10.0％，Mg为1～3.5％，Cu为1.5～4.5％，Zr为0~1.0%，Ca为0～1.0％，Sr为0～1.0％，Gd为0～1.0％，Nd为0～1.0％，Y为0～1.0％，Mn为0～1.5％，Ag为0～0.5％，余量为Zn。

一种可降解医用Zn合金材料的制备方法，包括合金成分设计、熔炼两部分。其步骤如下：

（1）制备铸态合金。采用纯Cu、纯Mg、纯Ag、电解Mn、纯Sn、纯Zn、Mg-Zr中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Gd中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Ca中间合金和Mg-Sr中间合金作为制备Zn合金的原材料。

首先：将纯Zn加入干净的石墨坩埚内并放入电阻坩埚炉，Zn块表面覆盖粒度为15~25毫米的木炭颗粒，温度设置在450~500℃化Zn，等到Zn大部分熔化后依次加入纯Cu，和/或电解Mn，和/或纯Ag，升温至550~600℃，并保温45~60分钟；

可选地继续加入中间合金，具体操作为：待纯Zn全部化清后，升温至650~700℃，把中间合金压入熔融的金属液中，所述中间合金选择Mg-Zr、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Nd、Mg-Ca、Mg-Sr中的一种或多种，并同时搅拌5~10分钟，

最后：待上述合金熔化后，温度降至500~550℃时压入纯Mg，浇注前添加纯Sn。待合金全部熔化后静置3~5分钟，拔渣，出炉，浇注到模温为180~200℃的金属型中，制备铸态Zn合金。

（2）固溶处理工艺：

将步骤（1）获得的铸态Zn合金在310~370℃下保温6~15小时，冰水冷却。

优选地，固溶处理的温度为330℃~350℃，冰水冷却；

优选地，固溶处理保温时间为6~12小时。