[发明专利]一种医用镁基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种医用镁基复合材料的制备方法。该制备方法以AZ61镁合金为原料，工艺简单，制备得到的复合材料基体组织的尺寸细小、形状圆整、分布均匀。其显微组织呈现典型的半固态非枝晶形态，具有良好的流变性能。该制备方法采用半固态等温热处理法来制备医用镁基复合材料。半固态等温热处理法可使合金坯料在半固态触变成形前的部分重熔过程中获得非枝晶组织，该方法省去了常规半固态成形技术中专门的非枝晶坯料的制备流程，有效避免了合金的氧化风险，不仅解决了卷气夹渣、缩松冷隔以及二次重熔等问题，并且操作工艺简单、加工成本低廉、易于批量生产。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种医用镁基复合材料的制备方法。

背景技术

目前临床上常见的医用骨折外固定装置主要是由不锈钢、钛合金和高分子等材料制成，此类材料在骨折部位固定时会产生例如局部过敏反应、机械牵拉损伤、支撑强度不足和应力遮挡效应等问题。

鉴于上述原因，研究人员开发出了医用镁合金，该材料具有以下显著的性能优势：(1)良好的生物相容性。镁合金与人体的相容性较好，不会对固定部位产生过敏反应。(2)比强度和比刚度较高。镁合金具有和不锈钢相近的比强度和比刚度，能够为骨折部位提供充分的力学支撑。(3)缓解应力遮挡效应。镁合金的密度和弹性模量与人体骨骼最为接近，因此能够有效缓解应力遮挡效应，促进骨折部位愈合。(4)良好的医学影像可视性。镁合金能够被X射线穿透，方便开展临床随访无创检查。

然而，由于医用镁合金的制备成形性能较差，采用传统铸造工艺制备的镁合金通常都会带有气孔、缩松和夹渣等缺陷，导致医用镁合金的综合性能较低，这些问题都对该材料的推广和应用造成了极大的限制。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种医用镁基复合材料的制备方法。

根据本发明实施例的一种医用镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将预热的AZ61镁合金装入容器中，在保护气氛下加热熔化，得到熔融的AZ61镁合金熔体；

S2：将步骤S1得到的AZ61镁合金熔体进行第一次机械搅拌后，除去熔体表面浮渣，在保护气氛下第一次静置；

S3：向步骤S2处理后的AZ61镁合金熔体中加入结晶Si粉末后，将熔体升温进行第二次机械搅拌，除去熔体表面浮渣后降温浇注成型，得到坯锭；

S4：将步骤S3得到的坯锭进行等温热处理；

S5：将步骤S4处理后的坯锭用冷水淬火，即得所述的医用镁基复合材料。

AZ61镁合金在室温下具有良好的力学性能，并且其铸造性能较为优异，可采用多种形式的铸造工艺制备成型为任何复杂结构的铸件。本申请的方法对于其他牌号镁合金不能适用，因为在熔融状态下的AZ61镁合金熔体具有很好的流动性和成形性，而其他牌号镁合金不具备这个特性，如AZ91镁合金。由于AZ91镁合金与AZ61镁合金这两种材料中的Al含量不同，在经过半固态等温热处理以后，显微组织中所产生的液相β-Mg₁₇Al₁₂含量也有较大差距，因此在综合性能上存在较大区别。

根据本发明的一些实施方式，步骤S1中，AZ61镁合金的预热温度为200～300℃，预热的时间为3～6h。

根据本发明的一些实施方式，步骤S1中，在预热前，先将清洗后的AZ61镁合金按照配比进行切割称重。通过真空干燥箱进行预热处理。

根据本发明的一些实施方式，步骤S1中，保护气氛为SF₆与CO₂的混合气体。