鎂合金及利用該鎂合金制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型鎂合金，該合金由0.1～1.0％wt的Ca，1.5～4.5％wt的Zn，1.0～3.0％wt的Nd和Mg組成。本發(fā)明還公開了利用所述鎂合金制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，首先按配所述比選取原材料；然后將所選原材料加入氣霧化裝置制備Mg-Ca-Zn-Nd合金；最后利用高能球磨裝置對(duì)Mg-Ca-Zn-Nd合金進(jìn)行球磨化處理。本發(fā)明的鎂合金具有優(yōu)異的生物相容性、耐蝕性能和力學(xué)性能，可作為制備醫(yī)學(xué)植入體的原材料。采用本發(fā)明方法制備的鎂合金粉體粒徑細(xì)小均勻(粒徑分布范圍15～55μm)，球形度大于95％。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維制造領(lǐng)域，涉及一種三維制造用鎂合金材料，特別涉及一種利用 該鎂合金制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體材料的方法。 鎂合金及利用該鎂合金制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體 的鎂合金粉體的方法

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金時(shí)制備醫(yī)學(xué)植入體的理想材料，具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：
[0003] -、鎂是人體細(xì)胞內(nèi)含量僅次于鉀的正離子。它催化或激活機(jī)體300多種酶系，通 過調(diào)節(jié)核糖體DNA及RNA的結(jié)構(gòu)而對(duì)蛋白質(zhì)的合成起關(guān)鍵作用，對(duì)肌肉收縮、神經(jīng)運(yùn)動(dòng)機(jī) 能、生理機(jī)能及預(yù)防循環(huán)系統(tǒng)疾病和缺血性心臟病有重要作用，鎂的排泄主要通過泌尿系 統(tǒng)，鎂在人體內(nèi)吸收不會(huì)導(dǎo)致血清鎂含量的明顯升高。
[0004] 二、鎂具有良好的組織相容性、低致栓性和低炎性反應(yīng)。
[0005] 三、鎂的標(biāo)準(zhǔn)平衡電位低，可在體內(nèi)降解，無需二次手術(shù)。
[0006] 四、鎂合金醫(yī)學(xué)植入體完全降解后在原部位形成鈣磷復(fù)合物，仍可被IVUS和CT等 影像手段識(shí)別，有利于臨床隨訪檢查。
[0007] 五、鎂是包括海洋在內(nèi)地球表層最為豐富的金屬元素，作為生物材料具有價(jià)格優(yōu) 勢(shì)。
[0008] 六、鎂的密度（1. 74g/cm3)和楊氏模量（45GPa)與人骨的密度（1. 75g/cm3)和楊氏 模量（20GPa)相近，能有效緩解應(yīng)力遮擋效應(yīng)。
[0009] 近年來，國際多個(gè)國家和地區(qū)的學(xué)者相繼發(fā)表了可降解鎂合金醫(yī)學(xué)植入體材料的 研究報(bào)道，證實(shí)了可降解鎂合金醫(yī)學(xué)植入體臨床應(yīng)用的可行性。
[0010] 然而，目前圍繞鎂合金醫(yī)學(xué)植入體材料的研究，大都是針對(duì)現(xiàn)有的商用鎂合金如 AZ3UWE43等。這些作為可降解生物材料存在明顯不足。如AZ系列合金中含有的A1元素 不屬于人體的必需微量元素，被認(rèn)為具有神經(jīng)毒性，是導(dǎo)致早老性癡呆的因素，可導(dǎo)致肌肉 纖維損傷。而重稀土元素一般認(rèn)為在體內(nèi)的過度積累也將表現(xiàn)為毒性作用。同時(shí)，商用鎂 合金腐蝕速率過快，導(dǎo)致植入體在疾病治愈前便失去作用。例如，WE43鎂合金血管支架約 28天支架支桿已經(jīng)失去連續(xù)性；AZ31支架約2個(gè)月部分支桿降解斷裂，失去支撐作用。因 此，需要設(shè)計(jì)一種生物相容性、耐蝕性能和力學(xué)性能性能優(yōu)異的鎂合金。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鎂合金及利用該鎂合金制備用于激光成型 生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法。
[0012] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0013] -種鎂合金，按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成：Ca :0. 1?1. 0% wt，Zn :1. 5?4. 5% wt， Nd :2. 0 ?3. 0% wt，余量為 Mg。
[0014] 優(yōu)選的，Ca :0· 5 ?1· 0% wt，Zn :1. 5 ?4· 5% wt，Nd :2. 0 ?3· 0% wt，余量為 Mg。
[0015] 本發(fā)明還提供利用該鎂合金制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的 方法，包括：
[0016] Stpl :按配所述比選取原材料；
[0017] Stp2 :將Stpl所選原材料加入氣霧化裝置制備Mg-Ca-Zn-Nd合金；
[0018] Stp3 :利用高能球磨裝置對(duì)Stp2所得Mg-Ca-Zn-Nd合金進(jìn)行球磨化處理。
[0019] 作為本發(fā)明制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體方法的優(yōu)選，氣霧化 時(shí)霧化氣體為氬氣，氣體壓力0. 5?2MPa，熔化溫度870-1050°C，氣流速度15?30m/s。
[0020] 作為本發(fā)明制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體方法的另一種優(yōu)選， 高性能球磨時(shí)轉(zhuǎn)速400?lOOOrpm，球磨時(shí)間1?8h，球料比10:1?5:1。
[0021] 作為本發(fā)明制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體材料方法的進(jìn)一步 優(yōu)選，Stpl選取原材料時(shí)各組分質(zhì)量配比為：Ca :0. 5?0. 8% wt，Zn :2. 2?4. 0% wt，Nd : 2. 2 ?2. 8% wt，余量為 Mg。
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0023] 本發(fā)明的鎂合金向鎂基體中加入0· 5?1. 0% wt的Ca，1. 5?4. 5% wt的Zn :， 2. 0?3. 0% wt的Nd :所加入Ca是人體必需的營養(yǎng)元素，可以提高鎂合金的抗腐蝕能力； 所加入的Zn是人體必需的營養(yǎng)元素，可以提高鎂合金的塑形和變形能力；所加入的輕稀土 元素 Nd對(duì)細(xì)胞無毒性，可以進(jìn)一步增強(qiáng)合金的抗腐蝕性能；因此，本發(fā)明的鎂合金生物相 容性、耐蝕性能和力學(xué)性能性能優(yōu)異，適用于作為制備醫(yī)學(xué)植入體的原材料。
[0024] 本發(fā)明制備鎂合金粉體材料的方法，首先對(duì)合金原料直接進(jìn)行氣霧化處理，制得 鎂合金粉體，然后進(jìn)行研磨確保粉體粒徑均勻性；本發(fā)明制得的鎂合金粉體材料粒徑分布 范圍15?55 μ m，球形度大于95%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0026] 圖1為本發(fā)明利用該鎂合金制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體方 法的工藝路線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，以下實(shí)施例中的份數(shù) 均為質(zhì)量份。
[0028] 下述實(shí)施例將公開一種新型鎂合金：該鎂合金按質(zhì)量計(jì)有以下組分組成：Ca: 0· 5 ?1. 0% wt，Zn :1. 5 ?4. 5% wt，Nd :2. 0 ?3. 0% wt，余量為 Mg。
[0029] 優(yōu)選的，該鎂合金的成份為：：Ca :0· 5?0· 8% wt，Zn :2. 2?4· 0% wt，Nd :2. 2? 2.8% wt，余量為 Mg。
[0030] 實(shí)施例1 :
[0031] 本實(shí)施例制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，包括以下步 驟：
[0032] Stpl :選取(λ 5份Ca，L 5份Zn，2. 0份Nd和96份Mg并混合均勻；
[0033] Stp2 :將Stpl所選原材料加入氣霧化裝置制備Mg-Ca-Zn-Nd合金；
[0034] 本實(shí)施例中，霧化氣體為氬氣，氣體壓力2MPa，熔化溫度900°C，氣流速度30m/s ;
[0035] Stp3 :利用高能球磨裝置對(duì)Stp2所得Mg-Ca-Zn-Nd合金進(jìn)行球磨化處理。
[0036] 本實(shí)施例中，球磨處理時(shí)轉(zhuǎn)速400rpm，球磨時(shí)間5h，球料比10:1。
[0037] 經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的鎂合金粉末粒徑范圍為15?35 μ m;球形度大于97%。
[0038] 實(shí)施例2 :
[0039] 本實(shí)施例制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，包括以下步 驟：
[0040] Stpl :選取0· 5份Ca，3. 0份Zn，2. 5份Nd和94份Mg并混合均勻；
[0041] Stp2 :將Stpl所選原材料加入氣霧化裝置制備Mg-Ca-Zn-Nd合金；
[0042] 本實(shí)施例中，霧化氣體為氬氣，氣體壓力1. 2MPa，熔化溫度950°C，氣流速度25m/ s ；
[0043] Stp3 :利用高能球磨裝置對(duì)Stp2所得Mg-Ca-Zn-Nd合金進(jìn)行球磨化處理。
[0044] 本實(shí)施例中，球磨處理時(shí)轉(zhuǎn)速600rpm，球磨時(shí)間2h，球料比7:1。
[0045] 經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的鎂合金粉末粒徑范圍為15?45 μ m;球形度大于95%。
[0046] 實(shí)施例3 :
[0047] 本實(shí)施例制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，包括以下步 驟：
[0048] Stpl :選取0· 5份Ca，4. 5份Zn，3. 0份Nd和94份Mg并混合均勻；
[0049] Stp2 :將Stpl所選原材料加入氣霧化裝置制備Mg-Ca-Zn-Nd合金；
[0050] 本實(shí)施例中，霧化氣體為氬氣，氣體壓力L 5MPa，熔化溫度880°C，氣流速度18m/ s ；
[0051] Stp3 :利用高能球磨裝置對(duì)Stp2所得Mg-Ca-Zn-Nd合金進(jìn)行球磨化處理。
[0052] 本實(shí)施例中，球磨處理時(shí)轉(zhuǎn)速800rpm，球磨時(shí)間lh，球料比8:1。
[0053] 經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的鎂合金粉末粒徑范圍為20?45 μ m;球形度大于96%。
[0054] 實(shí)施例4 :
[0055] 本實(shí)施例制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，包括以下步 驟：
[0056] Stpl :選取1. 0份Ca，4. 5份Zn，1. 5份Nd和93份Mg并混合均勻；
[0057] Stp2 :將Stpl所選原材料加入氣霧化裝置制備Mg-Ca-Zn-Nd合金；
[0058] 本實(shí)施例中，霧化氣體為氬氣，氣體壓力1. 5MPa，熔化溫度1000°C，氣流速度15m/ s ；
[0059] Stp3 :利用高能球磨裝置對(duì)Stp2所得Mg-Ca-Zn-Nd合金進(jìn)行球磨化處理。
[0060] 本實(shí)施例中，球磨處理時(shí)轉(zhuǎn)速lOOOrpm，球磨時(shí)間2h，球料比5:1。
[0061] 經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的鎂合金粉末粒徑范圍為25?50 μ m ;球形度大于96%。
[0062] 實(shí)施例5 :
[0063] 本實(shí)施例制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，包括以下步 驟：
[0064] Stpl :選取1. 0份Ca，3. 0份Zn，2. 5份Nd和93. 5份Mg并混合均勻；
[0065] Stp2 :將Stpl所選原材料加入氣霧化裝置制備Mg-Ca-Zn-Nd合金；
[0066] 本實(shí)施例中，霧化氣體為氬氣，氣體壓力0· 5MPa，熔化溫度1050°C，氣流速度25m/ s ；
[0067] Stp3 :利用高能球磨裝置對(duì)Stp2所得Mg-Ca-Zn-Nd合金進(jìn)行球磨化處理。
[0068] 本實(shí)施例中，球磨處理時(shí)轉(zhuǎn)速400rpm，球磨時(shí)間8h，球料比5:1。
[0069] 經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的鎂合金粉末粒徑范圍為25?55 μ m ;球形度大于95%。
[0070] 實(shí)施例6 :
[0071] 本實(shí)施例制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，包括以下步 驟：
[0072] Stpl :選取1. 0份Ca，4. 5份Zn，3. 0份Nd和93. 5份Mg并混合均勻；
[0073] Stp2 :將Stpl所選原材料加入氣霧化裝置制備Mg-Ca-Zn-Nd合金；
[0074] 本實(shí)施例中，霧化氣體為氬氣，氣體壓力1. OMPa，熔化溫度980°C，氣流速度22m/ s ；
[0075] Stp3 :利用高能球磨裝置對(duì)Stp2所得Mg-Ca-Zn-Nd合金進(jìn)行球磨化處理。
[0076] 本實(shí)施例中，球磨處理時(shí)轉(zhuǎn)速500rpm，球磨時(shí)間6h，球料比6:1。
[0077] 經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的鎂合金粉末粒徑范圍為30?55 μ m ;球形度大于96%。
[0078] 本發(fā)明鎂合金含有0· 5?1. 0% wt的Ca，1. 5?4. 5% wt的Zn :，2· 0?3. 0% wt的Nd :其生物相容性、耐蝕性能和力學(xué)性能性能優(yōu)異，適用于作為制備醫(yī)學(xué)植入體的原 材料。
[0079] 本發(fā)明制備鎂合金粉體材料的方法，所制得的鎂合金粉體材料粒徑均勻（粒徑分 布范圍15?55 μ m)，球形度高（大于95%)。
[0080] 最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在 形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 鎂合金，其特征在于，所述鎂合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成：Ca :0. 1?1. Ο % wt, Zn :1. 5 ?4· 5% wt，Nd :2. 0 ?3· 0% wt，余量為 Mg。
2. 利用權(quán)利要求1所述鎂合金制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方 法，其特征在于，包括： Stpl :按配所述比選取原材料； Stp2 :將Stpl所選原材料加入氣霧化裝置制備Mg-Ca-Zn-Nd合金； Stp3 :利用高能球磨裝置對(duì)Stp2所得Mg-Ca-Zn-Nd合金進(jìn)行球磨化處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，其特 征在于：氣霧化時(shí)霧化氣體為氬氣，氣體壓力〇. 5?2MPa，熔化溫度870?1050°C，氣流速 度 15 ?30m/s。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，其特 征在于：高性能球磨時(shí)轉(zhuǎn)速400?lOOOrpm，球磨時(shí)間1?8h，球料比10:1?5:1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述制備用于激光成型生產(chǎn)醫(yī)學(xué)植入體的鎂合金粉體的方法，其特 征在于，Stpl選取原材料時(shí)各組分質(zhì)量配比為：Ca :0. 5?0. 8% wt，Zn :2. 2?4. 0% wt， Nd :2. 2 ?2· 8% wt，余量為 Mg。
【文檔編號(hào)】C22C23/06GK104087805SQ201410363005
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】王林志, 張代軍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院