新型醫用鎂合金材料的加工及制備探討

陶兆君

（西北工業大學，西安710072）

1 對醫用材料的要求

（1）醫用材料必須具備無毒性。醫用材料一般是要植入人體的，因此材料必須要保證無毒，以免對人的身體健康有害。有些醫用材料植入后會引起溶血、發炎等癥狀。因此為了避免這些毒副反應，一定要確保醫用材料是無毒、無害的。

（2）醫用材料必須具備功能性。為了保證植入人體后的醫用材料能夠對人體原有組織或者器官起到應有的功能和具有治療的作用，醫用材料必須要有足夠的抗彎、抗壓強度。

（3）醫用材料必須具有良好的生物相容性。一般情況下，植物人體后，醫用材料在人的體內會產生一系列的化學反應、物理反應和生物反應，所以植入人體的材料必須具有很好的相容性，保證人體組織對醫用材料的作用以及醫用材料對人體組織的作用。

（4）醫用材料必須具有可加工性。為了能夠制作出各種形狀的適合臨床需要的內固定件，生物材料必須具有可加工性，能夠根據需要進行加工改造。

（5）醫用材料必須具有可降解性。醫用材料必須能夠順利地在人體內完成降解，避免二次手術的麻煩。所以先進的生物植入材料的一個重要要求就是具有可降解性。

2 醫用鎂合金材料的特點

（1）具有良好的可降解性

與其他的醫用的金屬材料相比，鎂合金材料在人體內可以迅速腐蝕，具有很簡單的生物活性涂層在鎂合金材料的表面，使鎂合金的生物相容性大大提高，同時還能夠使腐蝕的速率得到有效控制，如果人體的植入部位痊愈了，這些材料就會在人體內自動降解，不用為了取出而再進行手術。

（2）力學相容性比較好。鎂以及鎂合金具有很小的比重，非常接近人體骨骼的密度，其45GPa 的彈性模量，也非常接近人體骨骼的彈性模量，因此可以使人體的應力得到緩解。

（3）具有很好的生物相容性，沒有細胞毒性。鎂是細胞內的正離子，僅次于鈉、鈣、鉀，當這些材料降解的時候，也不會危害人體。另外鎂合金還能夠使人體內的多種鎂激活，對骨細胞的形成起到了很大的促進作用，使骨骼能夠迅速地愈合。醫用鎂合金材料對神經調節活動以及蛋白質的合成等也有很大的促進作用。

作為內固定植入材料，鎂合金能夠治療骨折，在骨折愈合的初期，可以使力學環境穩定，另外鎂合金材料還能夠在愈合的后期自動降解，使它的應力遮擋作用降低，使再骨折以及局部骨質疏松的現象不會發生。同時，它可增大骨折部位的承受力，使骨折愈合的速度大大地提高。

3 新型醫用鎂合金材料的加工和制備

3.1 鎂合金的熔煉

首先要對煉爐進行預熱，放入坩堝內稱好的鎂后蓋上鍋蓋。在進行加熱的時候要保證壓力是14MPa 氬氣、5L/min 的流量。升溫的過程要用測溫電偶來測溫。如果鎂已經完全熔化了，就加入能夠起到合金元素和阻燃劑作用的Ca，另外要注意的是，應該把Ca 錠壓入Mg 液中，這樣可以防止燃燒的損耗。在730℃的溫度下，把配置好的一些其他的合金放進去，繼續加溫，當溫度達到750℃時，合金化能夠充分。然后除去靜置20min 的合金液表面的一層氧化進行精煉和變質處理。在處理的時候要加入六氯乙烷，使鎂合金液中的氧化渣除去了，還能夠細化晶粒。精煉變質后，除去鎂合金溶液表面的浮渣，然后澆筑溫度，進行10min 的保溫。最后鑄錠澆筑。

3.2 醫用鎂合金板材的軋制

軋制醫用鎂合金板材主要包括初軋、中軋和終軋三個階段。在軋制的過程中，最重要的是初軋階段的軋制道次間變形量。板材軋制能不能成功就是由它直接決定的。醫用鎂合金錠坯在初軋的階段是鑄態組織，具有很差的塑性成形能力，所以道次間變形量不能太大也不能太小，不然都會對軋制的效率產生負面影響。錠坯在初軋的階段，要把溫度控制在400℃，道次間的變形量應該是3%～10%之間。結束初軋階段后，開始進行中軋。初軋時產生的軋制變形組織是中軋階段鎂合金錠坯中的合金組織，所以能夠大幅度提高錠坯的塑性成形能力。在中軋的時候，軋制的溫度可以適當降低，道次間的變形量應該適當增加。一般軋制的溫度在中軋的階段應該是380℃，道次間的變形量在10%～20%之間。在終軋的時候，鎂合金板材的組織能力受到軋制溫度的影響很大。如果終軋的溫度太高，軋制時的動態再結晶就會受到很大的影響。如果溫度太低，晶粒就不能通過動態進行再結晶細化，使鎂合金板材的成形性能和力學性能受到影響。所以在進行終軋的時候，一定要控制好終軋的溫度。

圖1 軋制工藝路線

3.3 熱處理

熱處理的方法對純鎂的耐腐性有一定的影響，經過熱處理后的純鎂放進HBSS 中浸泡后發現純鎂的質量會增加。通過適當的熱處理，還可以調節鎂的腐蝕速率。在熱處理工藝中，最關鍵的控制是第二相溶解與析出。一般在鎂合金中有Zn，6.2%是Zn 在鎂合金中的最大固溶度，固溶度會隨著溫度的下降而減小。首先將合金加熱，然后溫度達到高溫單相區時為了快速熔解和冷卻過剩相，需要恒溫保持一段時間，這樣得到的就是過飽和固溶體的熱處理工藝。

4 結 語

鎂合金的綜合力學性能非常優良，最大的特點是與人體能夠很好地相容和生物可降解性。鎂合金材料在醫學中已得到了廣泛的應用。隨著醫療研究的進一步深化，鎂合金材料在醫學中將會有更大的應用，并且效能也會不斷地得到提高。

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