[发明专利]一种颗粒增强型医用镁基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种颗粒增强型医用镁基复合材料的制备方法，该制备方法以AZ31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。其显微组织呈现明显的非枝晶形态，具有良好的流变性能。本发明的制备过程中加入了高纯度Si细粉，高纯度Si细粉不仅能够显著提高镁合金熔体的流动性，而且可以在基体组织中原位生成弥散分布的稳定析出相Mg₂Si颗粒，原位生成的Mg₂Si颗粒具有尺寸较小、界面洁净、热稳定性好、与基体相容性好，制备成本较低等优点。不但能够有效阻止基体组织内的晶界滑移，明显提高镁基复合材料的力学性能，而且还可以使镁基复合材料具有显著的阻尼减振性能。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种颗粒增强型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、真空电磁牵拉损伤、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，并且具有以下显著优势：(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)较高的比强度和比刚度。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，并且促进骨折部位愈合。(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。但是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。

近年来，金属基复合材料制备技术为这些问题提供了良好的解决途径。金属基复合材料制备技术可分为外加复合法和原位生成法，其中的外加复合法不仅工艺复杂，成本较高，而且存在增强相和基体之间相容性较差，结合效果不佳等问题。而与外加复合法相比，原位生成法的增强相可以在基体内反应生成，具有尺寸较小、界面洁净、热稳定性好、与基体相容性好，制备成本较低等优点，目前已经成为金属基复合材料制备技术中的一个重要发展方向。

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，本发明提出一种颗粒增强型医用镁基复合材料的制备方法。

根据本发明实施例的一种颗粒增强型医用镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将预热后的AZ31镁合金装入容器中，在保护气氛下加热熔化，得到AZ31镁合金熔体；

S2：将步骤S1得到的AZ31镁合金熔体中加入高纯度Si细粉后，将AZ31镁合金熔体升温，并在保护气氛下第一次静置；

S3：将步骤S2得到的镁合金熔体进行真空电磁搅拌后，将表面浮渣除去，并在保护气氛下第二次静置；

S4：将步骤S3得到的镁合金熔体除去表面浮渣后，将镁合金熔体进行降温，并在模具内浇注成型得到铸锭；

S5：将步骤S4得到的铸锭放入箱式电阻炉内，并在保护气氛下进行固溶时效处理；

S6：将步骤S5处理后的铸锭快速取出后进行低温淬火处理，即得所述的一种颗粒增强型医用镁基复合材料。

AZ31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进行浇注成型。本申请的方法对于其他牌号镁合金不能适用，因为AZ31镁合金在熔融状态下的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，例如AZ81镁合金。由于AZ81镁合金与AZ31镁合金这两种材料中的Al含量不同，在经过固溶时效处理后的显微组织中产生的β-Mg₁₇Al₁₂含量也有较大差距，因此在综合性能上存在较大区别。