[发明专利]低弹性模量可降解生物医用金属及其制备加工方法

说明书

本发明涉及一种低弹性模量可降解生物医用金属及其制备加工方法，属于可商业应用的新型功能应用类镁合金材料。按照质量百分比计，该合金的组成为：Zn：1～5％，Ca：0.8～2.2％，Sr：0.2～1.5％，Ti：0.3～1.0％，Si：0.1～0.5％，余量为Mg；其中合金元素含量的顺序为Zn＞Ca＞Sr＞Ti＞Si，并且(Ca+Sr)＞3倍的Ti，Ti+Si＜1.2％。本发明还提供了该合金的制备加工方法。本发明中主要合金元素与基体形成的典型强化相，种类及比例均不会显著提高合金的弹性模量，也可以通过热处理来降低弹性模量，实现了低弹性模量、无毒以及可降解的目标。

技术领域

本发明涉及一种可降解的生物医用金属，特别涉及一种低弹性模量可降解生物医用金属及其制备加工方法，属于可商业应用的功能应用类镁合金材料。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料越来越多的在航空航天及武器装备中获得应用，另外，镁合金还具有比强度高、比刚度高、减震性能好以及良好的电磁屏蔽性能等优点，被视为未来重要的高品质结构功能一体化材料。虽然镁合金具有众多优点，但是，镁合金具有不耐腐蚀、耐热性能较差以及弹性模量低等缺点，因此在应用过程中一直被大家所诟病。不过，随着对镁合金性能研究的不断深入，大家对镁合金的认知也在不断发生改变。镁是人体中必不可少的合金元素，有报道称，镁元素可以促进骨骼的生长，同时也是人体体液中的重要元素，适量的镁不会对人体产生神经毒性。另外，镁的弹性为45GPa，与人体骨骼十分接近，在人体环境下可以降解，直至消失，减少患者因二次手术带来的痛苦，所以，选用镁及其合金作为人体骨骼的修复材料或者矫形材料，有很好的应用前景。虽然镁对人体有益，但是其降解过程十分迅速，在皮下产生大量的氢气，同时会碱化周围组织，造成细胞死亡，反而对人体有害，因此，如何能有效控制镁合金的腐蚀速率，降低腐蚀产物对组织的危害，减少氢气的溢出速率，是现阶段生物医用镁合金的研究热点。国内外就此开展了大量的研究工作，如德国的Syntellix公司，利用Mg-Y-RE-Zr系合金开发骨固定用压缩螺钉，并已经在临床获得应用；韩国UI公司制造的镁合金螺钉也通过了韩国食药局的批准，美国的美敦力正加速开发Mg-Zn-Ca系生物医用镁合金，未来在临床上应用的可能性较大。国内的宜安科技公司开发了高纯镁螺钉应用于股骨头移植固定的临床实验，上海交通大学袁广银教授开发的含低量稀土的生物医用镁合金JDM，已经开展了大量的生物学实验，取得了较好的研究成果，重庆大学的王勇老师团队在生物医用镁合金表面改性方面取得了一定的研究进展，开发了复合镀层，镁合金的腐蚀速率得到了有效控制。综上所述，生物医用镁合金在目前看来，仍处于起步阶段，真正获得应用的镁合金仍非常有限，还需要开展大量的扎实工作，因此，本发明就是希望能够从合金成分设计及成型工艺的角度出发，开发一种未来可商业应用的低弹性模量生物可降解医用镁合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种未来可商业应用的低弹性模量生物可降解医用金属，其特点在于弹性模量较低。

一种低弹性模量可降解生物医用金属，按照质量百分比计，该医用金属的组成为：Zn：1～5％，Ca：0.8～2.2％，Sr：0.2～1.5％，Ti：0.3～1.0％，Si：0.1～0.5％，余量为Mg；其中合金元素含量的顺序为Zn＞Ca＞Sr＞Ti＞Si，并且(Ca+Sr)＞3倍的 Ti，Ti+Si＜1.2％。

Zn是强化合金的作用，Ca、Sr、Ti和Si都是人体中的必备元素，可以促进骨骼生长。

上述低弹性模量可降解生物医用金属的制备加工方法，包括如下步骤：

1)按照合金的配比配料，原料为镁、Zn、Si、Mg-Ca、Mg-Sr、Mg-Ti中间合金；

2)在隋性气体保护下，将镁进行预热，保证表面无水汽；同时在隋性气体保护下，将坩埚进行预热；

3)在保护气体中，将预热好的镁放入坩埚，进行升温熔化；