一种非磁铁基生物医用植入材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可降解金属材料，特别是一种医用植入材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，研宄较热的可降解金属材料主要集中在纯镁、镁基金属合金和纯铁、铁基金属合金两大方向。与镁基合金相比，纯铁及其合金具有优良的机械性能，且在降解过程中没有析氢反应发生。此外，Fe也是人体内极其重要的微量元素，相关实验研宄表明，纯铁或铁合金作为植入体具有一定的生物安全性。较好的生物相容性也是纯铁及其合金的一大优点，根据目前的一些研宄成果，包括纯铁和铁合金的体外血液实验、细胞毒性实验和动物体内实验等，均表明其具有较好的生物相容性。
[0003]铁基材料的腐蚀降解过程受到多种因素影响，主要包括其化学成分、处理方式、所处的环境等。在提高铁及其合金的抗腐蚀性能方面已有很多学者进行了大量的研宄工作，但关于降低铁及其合金的抗腐蚀性能、提高其降解速率的工作却少有报道。铁较慢的降解速率是其作为可降解生物材料的一个最主要的限制瓶颈。
【发明内容】
:
[0004]本发明的目的在于提供一种生产周期短、成本低、降解速率高的非磁铁基生物医用植入材料及其制备方法。本发明主要是利用三次液氮冷轧加二次退火处理来制备高降解速率的生物钢。
[0005]本发明的非磁铁基生物医用植入材料为单相奥氏体，其化学成分质量百分比为:C:0.6 ?1.5%,Mn:13 ?35%、S1:0.5 ?0.6%,Ca:0.5 ?2%、Ζη:0.5 ?2%、Ag:0.5 ?2%, S:0.016 ~ 0.020%, P:0.022 ?0.025%，其余为 Fe。
[0006]上述非磁铁基生物医用植入材料的制备方法:
[0007](I)对上述成分的单相奥氏体钢进行三道次液氮冷轧:每道次轧制前将单相奥氏体钢放进液氮中保温10?20min，液氮与单相奥氏体钢体积比为:10?50:1，三道次轧制下压量分别为10?20%、8?15%、2?5%。
[0008](2) 二次退火处理:以5?40 °C/min的速率升温到200?300 °C，保温60?180min，随炉冷却，待单相奥氏体钢回复到室温后，以30?40°C /min的速率升温到600?800°C，保温20?40min，随炉冷却，制备得到非磁铁基生物医用植入材料。
[0009]本发明中，将单相奥氏体钢进行三道次液氮冷轧，使之产生滑移带缺陷，活化了其晶界能；第一次低温长时间退火，消除了钢中经液氮冷轧产生的应力，第二次高温快速退火，使单相奥氏体钢由单相奥氏体转变为奥氏体和均匀分散的铁碳、铁锰碳化合物三相，改变了钢的组织结构，退火处理得到的铁碳化合物和铁锰碳化合物，其电极电势高于铁，与铁基体形成无数个微电池，是一种有效便捷的提高生物钢降解速率的方法。
[0010]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0011]1、生产周期短，成本低。
[0012]2、制备得到的非磁铁基生物医用植入材料主相仍为奥氏体组织，经三道次液氮冷轧生成的滑移带活化了晶界能，退火处理得到的铁碳化合物与铁锰碳化合物，与铁基体形成微电池腐蚀，使得非磁铁基生物医用植入材料的降解速率相对于单相奥氏体钢来说，提高了一个数量级，达到了 0.28mm.y_\
[0013]3、适用范围广，不受部件体积的约束，既适用于大体积部件，也适用于小体积部件。
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例1制备的非磁铁基生物医用植入材料的光学电子显微镜图。
[0015]图2是本发明实施例2制备的非磁铁基生物医用植入材料的腐蚀速率图。
[0016]图3是本发明实施例3制备的非磁铁基生物医用植入材料的腐蚀电流密度图。
【具体实施方式】
:
[0017]实施例1
[0018]选用单相奥氏体钢，其化学成分质量百分含量为:C:0.6%，Mn:13%, Si:0.5%,Ca:0.5%, Zn:0.5%, Ag:0.5%, S:0.016%, P:0.022%，其余为 Fe。对上述成分的单相奥氏体钢进行三道次液氮冷轧，每道次轧制前将单相奥氏体钢放进液氮中保温lOmin，液氮与单相奥氏体钢体积比为:10:1。三道次轧制下压量分别为10%、8%、2%，总下压量为20%。然后进行二次退火处理:以5°C /min的速率升温到200°C，保温60min，随炉冷却，待单相奥氏体钢回复到室温后，以30°C/min的速率升温到600°C，保温20min，随炉冷却，制备得到非磁铁基生物医用植入材料。
[0019]由图1可以看出，经液氮冷轧20%和二次退火处理后的单相奥氏体钢，由单一的奥氏体相，生成了奥氏体及针状的铁碳、铁锰碳化合物三相。
[0020]实施例2
[0021]选用单相奥氏体钢，其化学成分质量百分含量为:C:1.5%，Mn:35%，S1-.0.6%,Ca:2%, Zn:2%, Ag:2%,S:0.020%，P:0.025%，其余为Fe。对上述成分的单相奥氏体钢进行三道次液氮冷轧，每道次轧制前将单相奥氏体钢放进液氮中保温20min，液氮与单相奥氏体钢体积比为:50:1。三道次轧制下压量分别为20%，15%，5%，总下压量为40%。然后进行二次退火处理:以40°C /min的速率升温到300°C，保温180min，随炉冷却，待单相奥氏体钢回复到室温后，以40°C/min的速率升温到800°C，保温40min，随炉冷却，制备得到非磁铁基生物医用植入材料。
[0022]由图2可以看出，经液氮冷轧40%和二次退火处理后的单相奥氏体钢，其腐蚀速率相对于未经处理原样的0.060mm.y4，提高了一个数量级，达到了 0.28mm.y'
[0023]实施例3
[0024]选用单相奥氏体钢，其化学成分质量百分含量为:C:1.0%，Mn:25%，S1:0.55%，Ca:1%, Zn:l%, Ag:1%, S:0.018%, P:0.023%，其余为Fe。对上述成分的单相奥氏体钢进行三道次液氮冷轧，每道次轧制前将单相奥氏体钢放进液氮中保温15min，液氮与单相奥氏体钢体积比为:30:1。三道次轧制下压量分别为15%，10%，4%，总下压量为29%。然后进行二次退火处理:以20°C /min的速率升温到250°C，保温lOOmin，随炉冷却，待单相奥氏体钢回复到室温后，以35°C/min的速率升温到700°C，保温25min，随炉冷却，制备得到非磁铁基生物医用植入材料。
[0025]由图3可以看出，经液氮冷轧29 %和二次退火处理后的单相奥氏体钢，其腐蚀电流密度相对于未经处理原样的0.0048mA.cnT2，提高了一个数量级，达到了 0.024mA.cnT2。
【主权项】
1.一种非磁铁基生物医用植入材料，其特征在于:它为单相奥氏体，其化学成分质量百分比为:C:0.6 ?1.5%、Mn:13 ?35%,S1:0.5 ?0.6%、Ca:0.5 ?2%、Ζη:0.5 ?2%、Ag:0.5 ?2%、S:0.016 ?0.020%、P:0.022 ?0.025%，其余为 Fe。
2.权利要求1所述的非磁铁基生物医用植入材料的制备方法，其特征在于: (1)对上述成分的单相奥氏体钢进行三道次液氮冷轧:每道次轧制前将单相奥氏体钢放进液氮中保温10?20min，液氮与单相奥氏体钢体积比为:10?50:1，三道次轧制下压量分别为10?20%、8?15%、2?5% ； (2)二次退火处理:以5?40°C /min的速率升温到200?300°C，保温60?180min，随炉冷却，待单相奥氏体钢回复到室温后，以30?40°C /min的速率升温到600?800°C，保温20?40min，随炉冷却，制备得到非磁铁基生物医用植入材料。
【专利摘要】一种非磁铁基生物医用植入材料，它为单相奥氏体，其化学成分质量百分比为：C：0.6～1.5％、Mn：13～35％、Si：0.5～0.6％、Ca：0.5～2％、Zn:0.5～2％、Ag：0.5～2％、S：0.016～0.020％、P：0.022～0.025％，其余为Fe。上述非磁铁基生物医用植入材料的制备方法是对上述成分的单相奥氏体钢进行三道次液氮冷轧每次的下压量分别为10～20％、8～15％、2～5％；再进行二次退火处理：以5～40℃/min的速率升温到200～300℃，保温60～180min，随炉冷却，再以30～40℃/min的速率升温到600～800℃，保温20～40min，随炉冷却，制备得到非磁铁基生物医用植入材料。本发明生产周期短，成本低，其整体的降解速率得到明显的提高。
【IPC分类】C21D8-00, C22C38-04, C21D6-04
【公开号】CN104711473
【申请号】CN201510043123
【发明人】彭秋明, 王雅楠, 张志伟
【申请人】燕山大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年1月28日