[发明专利]一种制备耐腐蚀生物镁合金的方法

说明书

本发明公开了一种制备耐腐蚀生物镁合金的方法，包括如下步骤：(1)将特定比例的氧化钙粉末和生物镁合金粉末置于球磨机中，在保护气氛下，球磨得到混合粉末；(2)以上述混合粉末为原料，在保护气氛下，通过激光选区熔化制备耐腐蚀生物镁合金；制备过程中，控制激光功率为60‑90W、扫描速度为100‑500mm/min、光斑直径为40‑100μm。本发明通过激光选区熔化在生物镁合金中添加氧化钙，生成体积更小的Mg/Al‑Ca相，利用激光选区凝固速度快速的特点，在细化Mg/Al‑Ca第二相体积的同时提高其连续性，进而包裹镁合金晶粒形成连续的第二相保护层，阻碍体液的侵蚀。

技术领域

本发明属于生物医疗材料制备技术领域，尤其涉及一种制备耐腐蚀生物镁合金的方法。

背景技术

近年来，生物可降解镁合金为主要代表的新一代医用金属材料正成为骨科植入材料的研究热点。生物镁合金具有与人体骨接近的密度和弹性模量，能有效降低“应力遮蔽”效应。并且，镁作为人体必需的营养元素，能促进新骨形成。更重要的是，生物镁合金在人体环境中易发生腐蚀，作为体内植入物能够完全降解，避免二次手术。然而，由于标准电位很低(-2.37V)，生物镁合金在人体环境中的降解速率过快，很可能在新骨长成前就丧失结构完整性；同时，降解产生的气体和升高的pH也可能会产生炎症。因此，改善生物镁合金的降解性能，是其作为可降解植入物亟需解决的难题。

相比其他的生物镁合金，镁铝合金AZ91(Mg-9Al-1Zn)具有较高的腐蚀电位，这是由于AZ91晶界上分布有Mg₁₇Al₁₂第二相，能够通过隔离体液对基体起到一定的保护作用。然而，常规AZ91中的Mg₁₇Al₁₂第二相比较粗大、连续性不高，难以完全屏蔽体液的侵蚀，而且AZ91晶界处聚集有大量的铝过饱和相，这些粗大的Mg₁₇Al₁₂相和聚集的铝过饱和相会加剧基体与第二相间的电偶腐蚀作用。氧化钙是一种金属氧化物，能在一定温度下与AZ91中的镁和铝发生还原反应，在消耗Mg₁₇Al₁₂相和铝过饱和相的同时，生成比Mg₁₇Al₁₂相更加致密、连续的Mg/Al-Ca相(Mg₂Ca相和Al₂Ca相)，从而提高AZ91的耐腐蚀性能。

目前针对氧化钙改善镁合金耐腐蚀性能的研究集中于表面涂层，主要是通过向镁合金溶液表面添加氧化钙，使两者发生还原反应在合金表面生成一层保护膜。该保护膜虽然能够在植入初期对镁合金起到保护作用，但在其脱落后，镁合金基体还是会受到体液的侵蚀而快速腐蚀。此外，部分研究采用铸造工艺将氧化钙应用于镁合金中，但该方法因凝固时间长，所获得的Mg/Al-Ca相体积较为粗大，还是会与基体发生较强的电偶腐蚀作用，因此改善效果非常有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种制备耐腐蚀生物镁合金的方法，利用该方法制备的镁合金整体材料中含有致密连续的Mg/Al-Ca第二相，从而显著提高合金的耐腐蚀性。

为解决上述技术问题，本发明提供的利用SLM工艺制备耐腐蚀生物镁合金的方法，包括如下步骤：

(1)将特定比例的氧化钙粉末和生物镁合金粉末置于球磨机中，在保护气氛下，控制球磨机转速为200-400rad/min，球磨时间4-8小时，球磨得到混合粉末；其中混合粉末中氧化钙粉末的质量百分数为0.2-1.0wt％；

(2)以上述混合粉末为原料，通入惰性保护气体，控制H₂O和O₂浓度低于30ppm，通过激光选区熔化制备耐腐蚀生物镁合金；制备过程中，控制扫描间距为0.05-0.15mm，控制铺粉厚度为0.05-0.15mm，控制激光功率为60-90W，扫描速度为100-500mm/min；光斑直径为40-100μm。