本發(fā)明屬于合金材料，尤其涉及一種基于鎂合金材料的可自修復(fù)牙科植入物及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，牙科植入物逐漸成為牙科修復(fù)治療中的一種重要選擇。牙科植入物通常需要具有優(yōu)異的生物相容性、足夠的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性以及良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。然而，傳統(tǒng)的牙科植入物材料如鈦合金和不銹鋼，雖然具備良好的機(jī)械性能和耐腐蝕性，但由于其不可降解和潛在的生物反應(yīng)問(wèn)題，可能需要二次手術(shù)取出，給患者帶來(lái)不便。此外，這些金屬植入物材料長(zhǎng)期暴露在口腔復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境中，可能會(huì)引發(fā)局部炎癥或其他并發(fā)癥。

2、鎂合金作為一種新型的生物材料，因其具有較好的生物相容性、適中的降解速率和輕質(zhì)高強(qiáng)度的特點(diǎn)，近年來(lái)在牙科和其他骨科植入物領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。鎂是人體所需的必需元素之一，能夠參與人體的多種生物化學(xué)反應(yīng)，鎂合金植入物在降解過(guò)程中釋放出的鎂離子不僅不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生有害影響，反而有助于骨組織的再生和修復(fù)。因此，基于鎂合金的植入物能夠在體內(nèi)逐漸降解，避免了傳統(tǒng)金屬材料植入物的長(zhǎng)期存在所帶來(lái)的問(wèn)題，如感染、排斥反應(yīng)和二次手術(shù)取出等。

3、然而，鎂合金在口腔中長(zhǎng)期應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)是其耐腐蝕性問(wèn)題。由于鎂在人體液環(huán)境中容易發(fā)生快速腐蝕，可能導(dǎo)致材料過(guò)早失效，無(wú)法滿足牙科植入物的長(zhǎng)期使用要求。為了解決這一問(wèn)題，研究人員通過(guò)合金設(shè)計(jì)、表面處理技術(shù)和自修復(fù)材料的引入，致力于開(kāi)發(fā)既具有良好生物相容性，又具備足夠耐腐蝕性和自修復(fù)能力的鎂合金植入物。

4、自修復(fù)材料技術(shù)為鎂合金植入物的開(kāi)發(fā)提供了新的思路。通過(guò)在鎂合金材料中引入自修復(fù)微膠囊或涂層，植入物能夠在遭受腐蝕或機(jī)械損傷時(shí)自動(dòng)修復(fù)，從而延長(zhǎng)其使用壽命。自修復(fù)微膠囊通常包含能夠在裂紋或腐蝕出現(xiàn)時(shí)釋放的修復(fù)劑，這些修復(fù)劑與周圍環(huán)境反應(yīng)后形成新的保護(hù)層，阻止進(jìn)一步的腐蝕和損傷擴(kuò)展。這一技術(shù)在航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了初步應(yīng)用，但在生物醫(yī)用植入物領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于研究階段。

5、因此，開(kāi)發(fā)一種基于鎂合金材料的可自修復(fù)牙科植入物，不僅可以解決傳統(tǒng)鎂合金植入物的快速腐蝕問(wèn)題，還可以提供更長(zhǎng)的使用壽命和更好的口腔修復(fù)效果。這種新型材料的引入有望顯著提高牙科植入物的安全性和穩(wěn)定性，為患者提供更舒適的治療體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于鎂合金材料的可自修復(fù)牙科植入物及其制備方法，以解決上述鎂合金材料作為自修復(fù)牙科植入物耐腐蝕性能較差的問(wèn)題。本發(fā)明制備得到的可自修復(fù)牙科植入物不僅具有優(yōu)異的機(jī)械性能，而且具有良好的抗腐蝕性能，可以提供更長(zhǎng)的使用壽命和更好的口腔修復(fù)效果。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種基于鎂合金材料的可自修復(fù)牙科植入物，按照質(zhì)量百分比包括以下原料：zn?0.5-3%、ca?0.01-0.1%、mg30nd?0.01-0.1%，余量為mg和不可避免的雜質(zhì)，其中zn、ca和mg30nd的質(zhì)量比為（30~50）：1：1。

4、本發(fā)明通過(guò)在鎂合金中引入特定含量的zn、ca和mg30nd，可以起到改善鎂合金機(jī)械強(qiáng)度的作用。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)將添加zn、ca和mg30nd的比例進(jìn)行設(shè)置，還可以提高鎂合金的耐腐蝕性能。分析是通過(guò)特定含量的zn、ca和mg30nd的復(fù)配，其在鎂合金中達(dá)到理想平衡點(diǎn)，使得鎂合金材料具有良好的機(jī)械性能。其中zn能夠與mg形成固溶體，也可能與其他元素一起形成金屬間化合物，如mgzn2，這些強(qiáng)化相可以提高合金的硬度和強(qiáng)度。ca也可以形成硬質(zhì)點(diǎn)，如mg2ca，這類化合物通常具有較高的熔點(diǎn)，可以在合金中作為強(qiáng)化相存在。另外，zn、ca和mg30nd三者按比例加入形成的mg-zn-ca-mg30nd合金在腐蝕環(huán)境中，zn和ca可以促進(jìn)表面形成一層更致密的氧化膜，這種氧化膜能夠有效地阻止腐蝕介質(zhì)與基體金屬的直接接觸，減緩腐蝕速率。

5、優(yōu)選的，zn的顆粒直徑分布按質(zhì)量百分比計(jì)為：50~70μm含量為0.5~2%，20~40μm含量為30~40%，10~15μm含量為55~80%。

6、優(yōu)選的，ca的顆粒直徑分布按質(zhì)量百分比計(jì)為：45~55μm含量為1~3%，15~30μm含量為50~60%，8~10μm含量為30~45%。

7、優(yōu)選的，mg30nd的顆粒直徑分布按質(zhì)量百分比計(jì)為：40~50μm含量為5~8%，50~70μm含量為30~45%，50~70μm含量為50~70%。

8、為了優(yōu)化鎂合金材料的性能，特別是為了提高其耐腐蝕性能，本發(fā)明將zn、ca和mg30nd三者的顆粒直徑分布進(jìn)行了設(shè)置，提高了鎂合金的耐腐蝕性能。分析是當(dāng)zn、ca和mg30nd的顆粒直徑分布在特定范圍內(nèi)時(shí)，這些元素能夠更均勻地分布在整個(gè)鎂合金基體中，形成細(xì)小且分布均勻的強(qiáng)化相，顆粒尺寸適中可以幫助形成更致密的氧化膜或其他形式的保護(hù)層，這些保護(hù)層可以有效地阻擋腐蝕介質(zhì)與基體金屬的接觸，從而降低腐蝕速率。合適的顆粒尺寸可以減少鑄造或凝固過(guò)程中產(chǎn)生的孔隙，使材料更加致密，減少腐蝕通道，提高耐腐蝕性。本發(fā)明控制顆粒尺寸還有助于獲得更均勻的微觀結(jié)構(gòu)，這可以減少由于成分不均而導(dǎo)致的局部腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

9、本發(fā)明第二方面提供了一種基于鎂合金材料的可自修復(fù)牙科植入物的制備方法，包括以下步驟，

10、（1）熔煉

11、將zn粉質(zhì)量的50~60%和mg粉質(zhì)量的20~30%進(jìn)行混合，在保護(hù)氣氛下于700~720℃進(jìn)行熔煉，冷卻至室溫得到合金一；

12、將ca粉質(zhì)量的30~40%和mg粉質(zhì)量的10~15%進(jìn)行混合，在保護(hù)氣氛下于700~720℃進(jìn)行熔煉，冷卻至室溫得到合金二；

13、將mg30nd粉、合金一、合金二和剩余的zn粉、ca粉和mg粉進(jìn)行混合，在保護(hù)氣氛下于700~750℃進(jìn)行熔煉，得到熔融態(tài)合金；

14、（2）精煉

15、在熔融態(tài)合金中添加精煉劑以去除雜質(zhì)；

16、（3）鑄造

17、將精煉后的熔融態(tài)合金在保護(hù)氣氛下進(jìn)行半連續(xù)鑄造；

18、（4）均勻化熱處理

19、鑄造后的合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，以消除合金內(nèi)部的成分偏析；

20、（5）固溶熱處理

21、將均勻化處理后的鎂合金鑄錠進(jìn)行固溶熱處理；

22、（6）塑性加工

23、將固溶熱處理后的鎂合金鑄錠進(jìn)行擠壓；

24、（7）時(shí)效處理

25、將擠壓后的合金材料進(jìn)行時(shí)效處理；

26、（8）機(jī)械加工

27、將時(shí)效處理后的合金材料根據(jù)牙科植入物的形狀進(jìn)行機(jī)械加工，得到可自修復(fù)牙科植入物。

28、本發(fā)明在制備過(guò)程中，將鋅粉和鈣粉分步加入，部分鋅粉或鈣粉先與鎂粉進(jìn)行混合形成合金后，再繼續(xù)與剩余鋅粉、鈣粉和鎂粉以及釹粉，通過(guò)精確控制zn、ca和mg30nd的加入方式，可以促進(jìn)形成更加均勻和致密的氧化膜或其他保護(hù)層，從而提高鎂合金的耐腐蝕性能。本發(fā)明控制這些元素的加入方式，還可以優(yōu)化合金的微觀結(jié)構(gòu)，提高材料的硬度、強(qiáng)度和韌性，使其更適合用于牙科植入物的應(yīng)用。

29、優(yōu)選的，步驟（3）中，鑄造溫度為680~720℃。

30、優(yōu)選的，步驟（4）中，均勻化熱處理的溫度為350~420℃，時(shí)間為8~16h。

31、優(yōu)選的，步驟（5）中，固溶熱處理的溫度為350~420℃，時(shí)間為8~16h，固溶熱處理的溫度比均勻化熱處理的溫度高20~30℃。

32、為了優(yōu)化鎂合金的制備過(guò)程，進(jìn)一步提高鎂合金的耐腐蝕性能，本發(fā)明將固溶熱處理的溫度設(shè)置高于均勻化熱處理的溫度。分析是更高的溫度有助于消除鑄造過(guò)程中形成的微觀缺陷，如孔洞、裂紋等，從而優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu)，致密的微觀結(jié)構(gòu)能夠減少腐蝕介質(zhì)進(jìn)入材料內(nèi)部的機(jī)會(huì)，提高材料的耐腐蝕性。本發(fā)明在較高溫度下進(jìn)行固溶熱處理可以促進(jìn)形成更加穩(wěn)定的固溶體，使合金元素充分溶解到鎂基體中，隨后通過(guò)冷卻，可以保留這些元素在固溶體中的狀態(tài)，這種狀態(tài)下，合金元素可以更有效地參與形成保護(hù)性的氧化膜，從而提高耐腐蝕性能。固溶熱處理和均勻化熱處理的溫度差過(guò)大，可能會(huì)使材料脆化、晶粒長(zhǎng)大，導(dǎo)致鎂合金的機(jī)械性能和耐腐蝕性能發(fā)生下降。

33、優(yōu)選的，步驟（6）中，塑性加工的溫度為350~450℃。

34、優(yōu)選的，步驟（7）中，時(shí)效處理的溫度為200~250℃，時(shí)間為24~60h。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

36、1、本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化合金成分比例及顆粒尺寸分布，可以顯著改善鎂合金的機(jī)械性能。其中zn和ca的加入能夠形成增強(qiáng)相，提高材料的硬度和強(qiáng)度；而mg30nd有助于形成更加穩(wěn)定的化合物，從而增加材料的韌性。

37、2、鎂合金在生理環(huán)境下容易發(fā)生腐蝕，本發(fā)明通過(guò)添加zn、ca和mg30nd元素，并且控制它們的顆粒尺寸分布，可以有效減少腐蝕速率。這些元素的存在能夠促進(jìn)形成更致密的氧化膜，阻止腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步侵蝕基體金屬。

38、3、本發(fā)明中的鎂合金與人體組織具有良好的生物相容性，這使得其可以成為潛在的生物可降解植入材料。本發(fā)明制備的鎂合金不僅能夠改善機(jī)械和腐蝕性能，還能保持或提高其生物相容性。

39、4、本發(fā)明特定成分比例下的鎂合金植入物具有一定的自修復(fù)能力，這意味著在受到微小損傷后，材料可以通過(guò)自身的機(jī)制恢復(fù)部分功能，延長(zhǎng)植入物的使用壽命。