一种低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法

本发明涉及金属材料镁合金的制备领域，具体为一种低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法。

背景技术：

1、镁合金丝材可降解并具有良好生物安全性，可在实现植入功能后在体内逐渐降解代谢直至消失，避免二次取出手术，在生物医用领域有广阔的应用前景。其中镁合金吻合钉可替代现有的钛吻合钉，以避免钛合金钉永久留在体内，产生的后续影像学观察困难、术后慢性疼痛和刺激感、吻合口易继发出血和狭窄、严重并发症需二次手术取出等问题。

2、吻合钉对镁合金的丝材力学性能有一定要求，yy 0876-2013指出，现有钛合金吻合钉所用丝材标准的最低力学要求为抗拉强度≥240mpa，断后伸长率≥8％。镁合金是密排六方结构，其丝材常规制备方法是拉拔加退火，镁合金单道次变形量为10％～15％，累积冷变形量到40％～50％材料就极易断裂，通常需要频繁中间退火和最终退火，退火尽管可以保证材料的加工性能和塑性，但同时会大幅度降低其强度。而采用热拉拔存在表面质量较差、工序繁琐、难以达到高强度等问题。

3、公开号：cn115029595a的中国专利申请公布了一种镁合金丝材的制备方法，采用了多元素合金化方式制备了平均抗拉强度340mpa的镁丝材(如：实施例中mg-6zn-0.5gd-1y-1nd-0.8zr合金)，尽管该合金的强度有所提高，但其大量合金化元素添加产生多种第二相，对塑性影响较大且元素体内代谢途径复杂。

4、公开号：cn113774262a的中国专利申请公布了一种高强镁合金丝材的制备方法，合金通过添加1％～1.08％的al、0.24％～0.3％的ca、0.5％～0.68％的mn，通过热拉拔制备了直径为1.6mm～3.8mm的丝材，抗拉强度达348mpa～431mpa，延伸率达4％～7％，该丝材的强度较高且合金化程度较低，但其延伸率较低，直径达不到医用镁合金丝材的要求(0.2mm～0.3mm)且合金中存在al元素，易引起毒性和导致人体记忆力减退、影响发育、骨质疏松等。

5、公开号：cn111229855a的中国专利申请公布了一种生物医用镁合金丝材，该丝材通过大塑性变形和拉拔工艺具有细晶化、高延伸率(15％～21％)，并且获得较好的耐蚀性能。公开号：cn114074129a的中国专利申请公布了一种作为植入材料的镁合金丝材的制备方法，该方法采用双向拉拔法制备了mg-zn-nd丝材，其抗拉强度为240mpa～280mpa，延伸率为11％～15％，上述两种丝材具有较高的延伸率，但其强度增幅有限，限制了其在承力部位的使用。终上所述，一种医用镁合金丝材，既要求其具有较高的强度，同时又保持良好的塑性，且在合金元素添加中尽量保持低合金化和避免带有公认的具有毒性的al、v、ag等元素。因此，在低合金化的情况下，提高镁合金的强度和塑性，是医用镁合金丝材的一个发展趋势。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，针对镁合金丝材因合金化程度高、强度低，塑性差等一系列问题难以达到医用丝材的要求，进而由其制备的植入医疗器械难以实现其有效性或者安全性。

2、本发明的技术方案是：

3、一种低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，镁合金采用锌、钕、锆元素总量不超过3.6wt％的低合金化，通过预处理降低材料断裂的风险，通过累积大冷变形拉拔工艺结合少量中间退火工艺，制备的丝材再经过电脉冲处理，最终得到镁合金丝材，实现镁合金丝材强度大幅度提升，同时保持良好的塑性。

4、所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，包括如下操作步骤：

5、(1)将纯镁和锌、钕、锆合金元素按比例进行熔铸、挤压制备成棒材；

6、(2)将步骤(1)中的棒材通过大冷变形拉拔工艺结合中间退火工艺，制备成丝材；

7、(3)将步骤(2)中的丝材进行电脉冲处理。

8、所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，步骤(1)中，按重量百分比计，镁合金的成分为zn：1.0％～2.0％，nd：0.3％～0.6％，zr：0.2％～0.6％，mg：余量。

9、所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，步骤(2)中，单道次冷变形量15％～20％，冷变形累积变形量75％～85％，中间退火温度300℃～350℃，退火时间为25～35min。

10、所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，步骤(3)中，丝材最终的直径为0.1mm～0.3mm。

11、所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，步骤(3)中，电脉冲参数为电压3～5v，电流1～2a，作用时间为1～5min。

12、所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，经电脉冲处理的丝材作为最终的丝材用于吻合钉、外科缝合线、美容线或神经连接丝的医学产品；或者，添加涂层进行生物功能化处理和降解调控。

13、本发明的设计思想是：

14、针对镁合金丝材因合金化程度高、强度低，塑性差等一系列问题难以制备植入医疗器械等问题，本发明采用锌、钕、锆元素总量不超过3.6wt％的低合金化元素添加于镁中，经成分配比优化，通过熔炼、挤压制备成镁合金棒材，改变传统金属丝材单道次小变形拉拔、频繁退火的工艺，协同大冷变形拉拔和电脉冲处理工艺，首先通过大冷变形工艺结合少量中间退火工艺大幅度提高材料的强度，再通过电脉冲处理工艺，可明显改善镁合金的塑性，而同时相比于退火工艺，不会显著降低合金的强度。以上协同作用，保证丝材具有高强度同时保持良好的塑性和生物安全性。

15、本发明还提供了一种体内植入物，其原料包括上述的镁合金丝材，或者包括上述镁合金丝材直接或间接制备的材料。其中，所述体内植入物包括吻合钉、外科缝合线、美容线、皮钉、神经连接丝。

16、另外，体内植入物的原料还可以包括涂层材料。涂层材料可以是用以调控丝材在体内的降解速度。所述涂层材料包括但不限于氟涂层、ca-pa涂层、磷酸镁涂层、氧化镁涂层、碳酸镁涂层或可降解的高分子涂层。

17、本发明的优点及有益效果是：

18、1、本发明采用低合金化镁合金，在有限的第二相强化作用下，通过大冷变形工艺结合电脉冲处理，克服传统冷、热拉拔工艺加最终退火工艺难以带来的高强度效果，同时保持镁合金良好的塑性，使得镁合金丝材更能够满足于临床使用要求，扩宽镁合金丝材的临床应用范围和保障了其相关植入产品的安全性和有效性。

19、2、本发明镁合金丝材具有良好的生物安全性和可降解性能，是理想的植入材料，特别适用于吻合钉，此外还可以用作线雕和缝合线等医学产品。

技术特征：

1.一种低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，其特征在于，镁合金采用锌、钕、锆元素总量不超过3.6wt％的低合金化，通过预处理降低材料断裂的风险，通过累积大冷变形拉拔工艺结合少量中间退火工艺，制备的丝材再经过电脉冲处理，最终得到镁合金丝材，实现镁合金丝材强度大幅度提升，同时保持良好的塑性。

2.按照权利要求1所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

3.按照权利要求2所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，按重量百分比计，镁合金的成分为zn：1.0％～2.0％，nd：0.3％～0.6％，zr：0.2％～0.6％，mg：余量。

4.按照权利要求2所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，单道次冷变形量15％～20％，冷变形累积变形量75％～85％，中间退火温度300℃～350℃，退火时间为25～35min。

5.按照权利要求2所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，丝材最终的直径为0.1mm～0.3mm。

6.按照权利要求2所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，电脉冲参数为电压3～5v，电流1～2a，作用时间为1～5min。

7.按照权利要求1至6之一所述的低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法，其特征在于，经电脉冲处理的丝材作为最终的丝材用于吻合钉、外科缝合线、美容线或神经连接丝的医学产品；或者，添加涂层进行生物功能化处理和降解调控。

技术总结
本发明涉及金属材料镁合金的制备领域，具体为一种低合金化高强医用镁合金丝材的制备方法。将锌、钕、锆元素总量不超过3.6％的含量添加于镁中，经成分配比优化，通过熔炼、挤压制备成镁合金棒材，将镁合金棒材通过大冷变形工艺结合中间退火工艺，制备成0.10～0.30mm的丝材，将丝材进行电脉冲处理，最终得到成品丝材。本发明通过大变形量冷变形，结合电脉冲工艺，可显著提高低合金化镁合金丝材的强度，并保持良好的塑性，同时该镁合金丝材具有良好的生物安全性和可降解性能，是理想的植入材料，特别适用于吻合钉，此外还可以用作线雕和缝合线等医学产品。

技术研发人员：马政,田晓莹,谭丽丽,杨柯
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27