[发明专利]一种可降解的Mg-Nd-Zn-Sc生物医用镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可降解的Mg‑Nd‑Zn‑Sc生物医用镁合金及其制备方法，其化学成分按质量百分比计为：Nd：1.0‑3.0%，Zn：0.3‑0.7%，Sc：2.0‑8.0%，其余为Mg和不可避免的杂质元素。本发明经过350‑450℃，挤压比为11~30挤压加工，发明的合金中Zn含量较少，而Nd的电位和Mg接近，Sc在镁基体中的固溶度较大，添加的Sc能够完全固溶，能够通过第二相强化和固溶强化的方式提升合金的力学性能，不会引起严重的电偶腐蚀，而且由于Sc在腐蚀时形成的氧化钪与原来疏松的氢氧化镁一起形成较为致密的钝化层在一定程度上保护基体免受腐蚀。

技术领域

本发明主要应用与生物医用材料领域，属于金属材料的设计与制造领域，具体涉及一种可降解的Mg-Nd-Zn-Sc生物医用镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金具有优异的生物相容性和优异的成骨能力，被广泛认为是可生物降解的骨植入物的候选材料，另外由于其生物可降解性能，也被认为作为血管支架材料有巨大潜力。此外，镁合金的杨氏模量（41–45 GPa）与人体骨骼（20Gpa）相似，因此可以避免“应力屏蔽效应”促进骨骼生长，相比较之下不锈钢约为200GPa，钛合金约为100GPa。此外，由于镁合金有良好的生物可降解性能，相比于不锈钢和钛合金，避免了二次手术的痛苦和危险，而聚乳酸等高分子材料虽然可降解，但由于其力学性能差，难以作为支架承受较大的负重，在降解过程中易产生酸性物质，使局部pH值降低，引起组织的无菌炎症。近年来，随人们生活水平的提高及饮食结构的变化，由于摄入大量高糖高脂的食物而导致的心脑血管疾病已成为威胁人类健康的首要疾病之一。早在20世纪，微创介入治疗血管疾病技术开始得到应用，随后被公认是治疗心脑血管疾病最有效的手段之一；血管支架植入手术应运而生，迅速发展，正在广泛应用于心血管疾病介入治疗。而在骨科方面，骨固定，骨修复和骨植入也是治疗相关疾病的重要手段，因此作为可降解植入物的镁合金有巨大的市场潜力和应用前景。

镁合金作为外科医用材料早期临床应用证实了其用于生物医用材料的可行性，但镁基体腐蚀过快，需进一步研究改善。通过合金化和合适的加工工艺处理得到性能优异的生物医用镁合金。对于医用镁合金，合金化元素同时必须对人体有良好的生物相容且对机体无毒害作用。虽然Al能够明显提升镁合金的机械性能，但Al元素具有神经毒性，会引发老年痴呆，稀土元素Ce、La以及一些其他重金属对细胞毒性影响很大，因而不予考虑这些元素。目前常用于生物镁合金中的合金化元素有：Zn、Ca、Mn、Zr、Si、Y、Nd等。迄今为止，作为外科手术植入物（主要包括各类型的血管支架，呼吸道和肠胃支架，骨植入和骨修复材料）和整形外科设备，已对大量含稀土元素（RE）的二元，三元镁合金进行了广泛的研究。据报道，WE43（Y含量为4 wt％，稀土金属含量为3 wt％）合金具有优异的机械性能和良好的耐腐蚀性。与WE43相关的骨植入器件的临床实验已经在欧洲进行，到目前为止，临床随访相对令人满意。另外，其他基于Mg-RE的合金，例如Mg-Y，Mg-Nd，Mg-Dy，Mg-Zn-Gd，Mg-Zn-Y-Nd,和Mg-Nd-Zn-Zr等合金已经通过体外和体内测试。