一種非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可降解金屬材料，特別是一種醫(yī)用植入材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，研宄較熱的可降解金屬材料主要集中在純鎂、鎂基金屬合金和純鐵、鐵基金屬合金兩大方向。與鎂基合金相比，純鐵及其合金具有優(yōu)良的機(jī)械性能，且在降解過程中沒有析氫反應(yīng)發(fā)生。此外，F(xiàn)e也是人體內(nèi)極其重要的微量元素，相關(guān)實(shí)驗(yàn)研宄表明，純鐵或鐵合金作為植入體具有一定的生物安全性。較好的生物相容性也是純鐵及其合金的一大優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)目前的一些研宄成果，包括純鐵和鐵合金的體外血液實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)和動物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)等，均表明其具有較好的生物相容性。
[0003]鐵基材料的腐蝕降解過程受到多種因素影響，主要包括其化學(xué)成分、處理方式、所處的環(huán)境等。在提高鐵及其合金的抗腐蝕性能方面已有很多學(xué)者進(jìn)行了大量的研宄工作，但關(guān)于降低鐵及其合金的抗腐蝕性能、提高其降解速率的工作卻少有報道。鐵較慢的降解速率是其作為可降解生物材料的一個最主要的限制瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)周期短、成本低、降解速率高的非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料及其制備方法。本發(fā)明主要是利用三次液氮冷軋加二次退火處理來制備高降解速率的生物鋼。
[0005]本發(fā)明的非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料為單相奧氏體，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為: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%，其余為 Fe。
[0006]上述非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料的制備方法:
[0007](I)對上述成分的單相奧氏體鋼進(jìn)行三道次液氮冷軋:每道次軋制前將單相奧氏體鋼放進(jìn)液氮中保溫10?20min，液氮與單相奧氏體鋼體積比為:10?50:1，三道次軋制下壓量分別為10?20%、8?15%、2?5%。
[0008](2) 二次退火處理:以5?40 °C/min的速率升溫到200?300 °C，保溫60?180min，隨爐冷卻，待單相奧氏體鋼回復(fù)到室溫后，以30?40°C /min的速率升溫到600?800°C，保溫20?40min，隨爐冷卻，制備得到非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料。
[0009]本發(fā)明中，將單相奧氏體鋼進(jìn)行三道次液氮冷軋，使之產(chǎn)生滑移帶缺陷，活化了其晶界能；第一次低溫長時間退火，消除了鋼中經(jīng)液氮冷軋產(chǎn)生的應(yīng)力，第二次高溫快速退火，使單相奧氏體鋼由單相奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和均勻分散的鐵碳、鐵錳碳化合物三相，改變了鋼的組織結(jié)構(gòu)，退火處理得到的鐵碳化合物和鐵錳碳化合物，其電極電勢高于鐵，與鐵基體形成無數(shù)個微電池，是一種有效便捷的提高生物鋼降解速率的方法。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、生產(chǎn)周期短，成本低。
[0012]2、制備得到的非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料主相仍為奧氏體組織，經(jīng)三道次液氮冷軋生成的滑移帶活化了晶界能，退火處理得到的鐵碳化合物與鐵錳碳化合物，與鐵基體形成微電池腐蝕，使得非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料的降解速率相對于單相奧氏體鋼來說，提高了一個數(shù)量級，達(dá)到了 0.28mm.y_\
[0013]3、適用范圍廣，不受部件體積的約束，既適用于大體積部件，也適用于小體積部件。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料的光學(xué)電子顯微鏡圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2制備的非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料的腐蝕速率圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例3制備的非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料的腐蝕電流密度圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0017]實(shí)施例1
[0018]選用單相奧氏體鋼，其化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C:0.6%，Mn:13%, Si:0.5%,Ca:0.5%, Zn:0.5%, Ag:0.5%, S:0.016%, P:0.022%，其余為 Fe。對上述成分的單相奧氏體鋼進(jìn)行三道次液氮冷軋，每道次軋制前將單相奧氏體鋼放進(jìn)液氮中保溫lOmin，液氮與單相奧氏體鋼體積比為:10:1。三道次軋制下壓量分別為10%、8%、2%，總下壓量為20%。然后進(jìn)行二次退火處理:以5°C /min的速率升溫到200°C，保溫60min，隨爐冷卻，待單相奧氏體鋼回復(fù)到室溫后，以30°C/min的速率升溫到600°C，保溫20min，隨爐冷卻，制備得到非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料。
[0019]由圖1可以看出，經(jīng)液氮冷軋20%和二次退火處理后的單相奧氏體鋼，由單一的奧氏體相，生成了奧氏體及針狀的鐵碳、鐵錳碳化合物三相。
[0020]實(shí)施例2
[0021]選用單相奧氏體鋼，其化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C:1.5%，Mn:35%，S1-.0.6%,Ca:2%, Zn:2%, Ag:2%,S:0.020%，P:0.025%，其余為Fe。對上述成分的單相奧氏體鋼進(jìn)行三道次液氮冷軋，每道次軋制前將單相奧氏體鋼放進(jìn)液氮中保溫20min，液氮與單相奧氏體鋼體積比為:50:1。三道次軋制下壓量分別為20%，15%，5%，總下壓量為40%。然后進(jìn)行二次退火處理:以40°C /min的速率升溫到300°C，保溫180min，隨爐冷卻，待單相奧氏體鋼回復(fù)到室溫后，以40°C/min的速率升溫到800°C，保溫40min，隨爐冷卻，制備得到非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料。
[0022]由圖2可以看出，經(jīng)液氮冷軋40%和二次退火處理后的單相奧氏體鋼，其腐蝕速率相對于未經(jīng)處理原樣的0.060mm.y4，提高了一個數(shù)量級，達(dá)到了 0.28mm.y'
[0023]實(shí)施例3
[0024]選用單相奧氏體鋼，其化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C:1.0%，Mn:25%，S1:0.55%，Ca:1%, Zn:l%, Ag:1%, S:0.018%, P:0.023%，其余為Fe。對上述成分的單相奧氏體鋼進(jìn)行三道次液氮冷軋，每道次軋制前將單相奧氏體鋼放進(jìn)液氮中保溫15min，液氮與單相奧氏體鋼體積比為:30:1。三道次軋制下壓量分別為15%，10%，4%，總下壓量為29%。然后進(jìn)行二次退火處理:以20°C /min的速率升溫到250°C，保溫lOOmin，隨爐冷卻，待單相奧氏體鋼回復(fù)到室溫后，以35°C/min的速率升溫到700°C，保溫25min，隨爐冷卻，制備得到非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料。
[0025]由圖3可以看出，經(jīng)液氮冷軋29 %和二次退火處理后的單相奧氏體鋼，其腐蝕電流密度相對于未經(jīng)處理原樣的0.0048mA.cnT2，提高了一個數(shù)量級，達(dá)到了 0.024mA.cnT2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料，其特征在于:它為單相奧氏體，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為: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%，其余為 Fe。
2.權(quán)利要求1所述的非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料的制備方法，其特征在于: (1)對上述成分的單相奧氏體鋼進(jìn)行三道次液氮冷軋:每道次軋制前將單相奧氏體鋼放進(jìn)液氮中保溫10?20min，液氮與單相奧氏體鋼體積比為:10?50:1，三道次軋制下壓量分別為10?20%、8?15%、2?5% ； (2)二次退火處理:以5?40°C /min的速率升溫到200?300°C，保溫60?180min，隨爐冷卻，待單相奧氏體鋼回復(fù)到室溫后，以30?40°C /min的速率升溫到600?800°C，保溫20?40min，隨爐冷卻，制備得到非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料。
【專利摘要】一種非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料，它為單相奧氏體，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：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％，其余為Fe。上述非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料的制備方法是對上述成分的單相奧氏體鋼進(jìn)行三道次液氮冷軋每次的下壓量分別為10～20％、8～15％、2～5％；再進(jìn)行二次退火處理：以5～40℃/min的速率升溫到200～300℃，保溫60～180min，隨爐冷卻，再以30～40℃/min的速率升溫到600～800℃，保溫20～40min，隨爐冷卻，制備得到非磁鐵基生物醫(yī)用植入材料。本發(fā)明生產(chǎn)周期短，成本低，其整體的降解速率得到明顯的提高。
【IPC分類】C21D8-00, C22C38-04, C21D6-04
【公開號】CN104711473
【申請?zhí)枴緾N201510043123
【發(fā)明人】彭秋明, 王雅楠, 張志偉
【申請人】燕山大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年1月28日