本发明涉及生物可降解医用材料和金属轧制技术领域,具体为一种增强生物医用可降解zn-li合金力学性能的热处理和轧制方法。
背景技术:
现阶段,临床应用的人体医用植入材料主要为316l不锈钢、ti6al4v等金属材料以及可降解高分子材料。但上述金属材料在人体内不可降解,术后需二次取出,加重了病患的精神和经济负担。而可降解高分子材料力学性能不佳,使用范围有限。因此,可降解金属材料的研究逐步成为近几年医用材料的研究热点,其中,fe及其合金在人体环境中降解过慢而镁及其合金降解又过快,所以可降解zn金属凭借其在人体环境中适宜的降解速率(zn的标准电极电位(-0.763v)处于mg(-2.372v)与fe(-0.447v)之间)成为生物医用可降解材料新的研究重心。其次,zn参与人体细胞发育生长、基因表达、免疫系统和神经系统等大量生理反应过程。因此,zn及zn合金作为生物可降解材料引起了广大研究者的极大兴趣。li元素的药物可治疗狂躁症、中风、老年痴呆症、帕金森氏病和肌萎缩硬化症等疾病。研究表明,li在zn中有一定的固溶度,所以其合金可进行一系列加工处理来提高其各方面性能,从而有望达到支架的使用要求。
技术实现要素:
本发明旨在提供一种生物医用zn-li合金的轧制方法。通过本发明提供的简易有效的热处理和轧制方法的加工,获得了晶粒细小均匀的显微组织,避免了一般塑性加工方法由于加工硬化所导致的塑性下降的问题,获得了强度塑性均优良的zn-li合金,满足人体植入支架的力学使用性能。
一种生物医用zn-li合金的轧制方法,其特征在于,轧制方法包括以下步骤:
1)、合金铸锭均匀化处理:将zn-xli合金铸锭置于箱式加热烧结炉ksl-1400x中,分
两个阶段进行均匀化处理;
2)、合金预热:将铸锭在300~380℃保温1~1.5小时;
3)、热轧:热轧共4道次,第二道次后回炉保温10~20分钟,第四道次后,于水中淬火;
4)、温轧:将热轧并淬火后的样品,置于60~250℃的加热炉中保温15~30分钟,轧制1
道次,于水中淬火。
进一步地,所述合金的成分为0.1~1.0(wt%)li,余量为zn。
进一步地,步骤1)所述合金铸锭尺寸为厚20~23mm。
进一步地,步骤1)所述合金铸锭均匀化处理过程的两个阶段升温速度不同,并在每阶段保温1~2小时,即先以2~6℃/min的速度升温至200~280℃,保温1~2小时;再以0.5~1℃/min的速度升温至300~380℃,保温1~2小时后随炉冷却。
进一步地,步骤3)所述热轧:开轧温度300~380℃,轧辊速度为0.3~0.7m/s,每道次压下量为25%~40%,轧板原始厚度为20~23mm;热轧第二道次后回炉保温温度300~380℃。
进一步地,步骤4)所述温轧:开轧温度60~250℃,轧辊速度为0.3~0.7m/s,压下量为50%~70%。
本发明的有益效果为:
(1)本发明的生物医用zn-li合金在人体内具有适宜的可降解性,可使病患免于二次手术;且zn生物相容性良好,为人体微量元素,可广泛应用于人体内植入材料的制备;
(2)本发明的生物医用zn-li合金轧制工艺简单,成本较低,可满足大规模工业生产,且力学性能达到人体植入支架的使用要求,在医疗领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明zn-li合金均匀化处理工艺流程图。
图2是本发明zn-li合金轧制工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
均匀化处理:将zn-0.1(wt%)li合金铸锭置于箱式加热烧结炉ksl-1400x中,以2℃/min的速度升温至200℃,保温1小时;再以0.5℃/min的速度升温至300℃,保温1小时;随炉冷却。
预热:将铸锭在300℃保温1小时。
热轧:开轧温度300℃,轧辊速度为0.3m/s;第一道次,将厚21mm的合金样品轧制至厚18mm;第二道次,将合金样品轧制至13mm;回炉保温15分钟;第三道次,将合金样品轧制至10mm;第四道次,将合金样品轧制至6mm;于水中淬火;
温轧:将热轧并淬火的样品置于70℃的加热炉内,保温20分钟;开轧温度为70℃,轧辊速度为0.3m/s,将合金样品1道次轧制至厚3mm;于水中淬火。
实施例2
均匀化处理:将zn-0.5(wt%)li合金铸锭置于箱式加热烧结炉ksl-1400x中,以4℃/min的速度升温至260℃,保温2小时;再以0.7℃/min的速度升温至330℃,保温2小时;随炉冷却。
预热:将铸锭在330℃保温1.5小时。
热轧:开轧温度330℃,轧辊速度为0.5m/s;第一道次,将厚18mm的合金样品轧制至厚14mm;第二道次,将合金样品轧制至10mm;回炉保温15分钟;第三道次,将合金样品轧制至7mm;第四道次,将合金样品轧制至4mm;于水中淬火。
温轧:将热轧并淬火的样品置于200℃的加热炉内保温30分钟;开轧温度为200℃,轧辊速度为0.5m/s,将合金样品1道次轧制至厚2mm;于水中淬火。
合金性能分析
将上述实施例轧制加工的合金进行拉伸试验测试力学性能,表1为铸锭和实施例1-2分别对应的力学性能数据。从表中数据分析可得出,采用本发明提供的轧制方法可满足生物医用支架材料的力学性能,延伸率大于15%,屈服强度大于200mpa,抗拉强度大于300mpa。
表1力学性能数据