[发明专利]生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料及生产方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料及生产方法和应用，其适合作为在人体环境下使用的植入材料。

背景技术

近年来，镁及镁合金作为新型可降解医用材料而成为生物材料领域中的一个研究热点。镁是人体中不可缺少的重要营养元素，参与体内一系列新陈代谢过程，还与神经、肌肉及心脏功能关系密切。镁合金具有高的比强度和比刚度，其强度可超过200MPa；纯镁的密度在1.74g/cm³左右，与人骨的密质骨密度（1.75g/cm³）相当；镁合金的杨氏模量约为45GPa，接近人骨的弹性模量（20GPa左右），可明显减小应力遮挡效应。另外，镁及镁合金的标准电极电位较低（-2.36V SCV），不耐腐蚀，特别是在含有Cl^-的模拟体液中易腐蚀降解，因此可作为新一代可降解植入材料。尽管临床应用已证实，镁合金具有良好的生物相容性，但由于镁及镁合金在人体中腐蚀降解速率过快，会产生氢气，限制了镁合金作为生物植入材料的应用。尽管高纯镁具有良好的耐体液腐蚀性能，但其抗拉强度不到65MPa，无法应用于承力骨修复和心血管支架。因此，在降低镁合金在体液中的腐蚀降解速率的同时，提高镁合金的力学性能成为镁合金作为医用材料的关键。

在镁合金中加入合金元素进行合金化处理是提高镁合金强度和改善其耐腐蚀性能的有效手段。研究发现，铝加入镁合金中可提高合金的耐蚀性能，起到固溶强化和沉淀强化作用。如耐蚀性很好的AZ91E合金具有与A380铝合金相当的耐腐蚀性能，且热处理后拉伸强度可达到250MPa，满足植入体力学性能要求。但铝作为一种神经毒剂，与人体神经系统疾病，如老年性痴呆和阿尔茨海默病的现象相关。稀土元素的加入可显著改善镁合金的耐腐蚀性能，且无应力腐蚀倾向。此外，稀土元素还可起到细化晶粒、改善铸造性能、提高镁合金强度和韧性的作用。目前在医用镁合金的研究中应用较多的稀土元素有铈、钕和钇等。但稀土元素有发生严重肝毒性的可能。显然，含有铝和稀土元素的镁合金作为医用植入材料缺乏一定的生物安全性。因此，基于元素毒性的考虑，一些新型医用镁合金体系随之产生。常见的二元新型生物镁合金有Mg-Ca、Mg-Zn、Mg-Si、Mg-Mn和Mg-Sr合金等，这些镁合金中加入的合金元素均为对人体有益的元素，具有良好的生物相容性。但当合金化元素含量过高时，由于晶界上粗大第二相的产生，降低了镁合金的耐腐蚀性能和力学性能。在满足生物相容性的前提下，在以上二元镁合金中加入其它元素得到多元新型镁合金，可以提高镁合金耐腐蚀性能和力学性能。目前，研究较多的满足生物相容性要求的多元镁合金有Mg-Mn-Zn、Mg-Zn-Ca、Mg-Zn-Mn-Ca等，但上述这些材料的综合性能依然有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可应用于医用植入材料的可生物吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金及生产方法和应用，该合金具有优异的生物相容性，良好的力学性能和耐腐蚀性能，是一种具有优异综合性能的医用可降解镁合金材料，具有良好的应用前景。

本发明的技术方案是：

一种生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料，各组分及重量百分比为：Si0.1-20.0%，Sr0.1-8.0%，Ca0.1-10.0%，其余为Mg。

所述的生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料，按重量百分比计，硅含量范围较佳为：0.5-10.0%。

所述的生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料，按重量百分比计，硅含量范围更佳为：1.0-8.0%。

所述的生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料，按重量百分比计，锶含量范围较佳为：0.3-5.0%。

所述的生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料，按重量百分比计，锶含量范围更佳为：0.5-4.0%。

所述的生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料，按重量百分比计，钙含量范围较佳为：0.5-8.0%。

所述的生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料，按重量百分比计，钙含量范围更佳为：1.0-5.0%。

所述的生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料，含有少量的铁、镍、铝和铜杂质元素，按重量百分比计，每种含量不超过0.1％，总量不超过0.4%。

所述的生物医用可吸收Mg-Si-Sr-Ca多元镁合金材料的生产方法，包括镁合金的制备、镁合金的热处理和镁合金的加工，具体如下：

本发明中，镁合金的制备方法如下：