新型医用镁合金材料的加工及制备探讨

陶兆君

（西北工业大学，西安710072）

1 对医用材料的要求

（1）医用材料必须具备无毒性。医用材料一般是要植入人体的，因此材料必须要保证无毒，以免对人的身体健康有害。有些医用材料植入后会引起溶血、发炎等症状。因此为了避免这些毒副反应，一定要确保医用材料是无毒、无害的。

（2）医用材料必须具备功能性。为了保证植入人体后的医用材料能够对人体原有组织或者器官起到应有的功能和具有治疗的作用，医用材料必须要有足够的抗弯、抗压强度。

（3）医用材料必须具有良好的生物相容性。一般情况下，植物人体后，医用材料在人的体内会产生一系列的化学反应、物理反应和生物反应，所以植入人体的材料必须具有很好的相容性，保证人体组织对医用材料的作用以及医用材料对人体组织的作用。

（4）医用材料必须具有可加工性。为了能够制作出各种形状的适合临床需要的内固定件，生物材料必须具有可加工性，能够根据需要进行加工改造。

（5）医用材料必须具有可降解性。医用材料必须能够顺利地在人体内完成降解，避免二次手术的麻烦。所以先进的生物植入材料的一个重要要求就是具有可降解性。

2 医用镁合金材料的特点

（1）具有良好的可降解性

与其他的医用的金属材料相比，镁合金材料在人体内可以迅速腐蚀，具有很简单的生物活性涂层在镁合金材料的表面，使镁合金的生物相容性大大提高，同时还能够使腐蚀的速率得到有效控制，如果人体的植入部位痊愈了，这些材料就会在人体内自动降解，不用为了取出而再进行手术。

（2）力学相容性比较好。镁以及镁合金具有很小的比重，非常接近人体骨骼的密度，其45GPa 的弹性模量，也非常接近人体骨骼的弹性模量，因此可以使人体的应力得到缓解。

（3）具有很好的生物相容性，没有细胞毒性。镁是细胞内的正离子，仅次于钠、钙、钾，当这些材料降解的时候，也不会危害人体。另外镁合金还能够使人体内的多种镁激活，对骨细胞的形成起到了很大的促进作用，使骨骼能够迅速地愈合。医用镁合金材料对神经调节活动以及蛋白质的合成等也有很大的促进作用。

作为内固定植入材料，镁合金能够治疗骨折，在骨折愈合的初期，可以使力学环境稳定，另外镁合金材料还能够在愈合的后期自动降解，使它的应力遮挡作用降低，使再骨折以及局部骨质疏松的现象不会发生。同时，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 新型医用镁合金材料的加工和制备

3.1 镁合金的熔炼

首先要对炼炉进行预热，放入坩埚内称好的镁后盖上锅盖。在进行加热的时候要保证压力是14MPa 氩气、5L/min 的流量。升温的过程要用测温电偶来测温。如果镁已经完全熔化了，就加入能够起到合金元素和阻燃剂作用的Ca，另外要注意的是，应该把Ca 锭压入Mg 液中，这样可以防止燃烧的损耗。在730℃的温度下，把配置好的一些其他的合金放进去，继续加温，当温度达到750℃时，合金化能够充分。然后除去静置20min 的合金液表面的一层氧化进行精炼和变质处理。在处理的时候要加入六氯乙烷，使镁合金液中的氧化渣除去了，还能够细化晶粒。精炼变质后，除去镁合金溶液表面的浮渣，然后浇筑温度，进行10min 的保温。最后铸锭浇筑。

3.2 医用镁合金板材的轧制

轧制医用镁合金板材主要包括初轧、中轧和终轧三个阶段。在轧制的过程中，最重要的是初轧阶段的轧制道次间变形量。板材轧制能不能成功就是由它直接决定的。医用镁合金锭坯在初轧的阶段是铸态组织，具有很差的塑性成形能力，所以道次间变形量不能太大也不能太小，不然都会对轧制的效率产生负面影响。锭坯在初轧的阶段，要把温度控制在400℃，道次间的变形量应该是3%～10%之间。结束初轧阶段后，开始进行中轧。初轧时产生的轧制变形组织是中轧阶段镁合金锭坯中的合金组织，所以能够大幅度提高锭坯的塑性成形能力。在中轧的时候，轧制的温度可以适当降低，道次间的变形量应该适当增加。一般轧制的温度在中轧的阶段应该是380℃，道次间的变形量在10%～20%之间。在终轧的时候，镁合金板材的组织能力受到轧制温度的影响很大。如果终轧的温度太高，轧制时的动态再结晶就会受到很大的影响。如果温度太低，晶粒就不能通过动态进行再结晶细化，使镁合金板材的成形性能和力学性能受到影响。所以在进行终轧的时候，一定要控制好终轧的温度。

图1 轧制工艺路线

3.3 热处理

热处理的方法对纯镁的耐腐性有一定的影响，经过热处理后的纯镁放进HBSS 中浸泡后发现纯镁的质量会增加。通过适当的热处理，还可以调节镁的腐蚀速率。在热处理工艺中，最关键的控制是第二相溶解与析出。一般在镁合金中有Zn，6.2%是Zn 在镁合金中的最大固溶度，固溶度会随着温度的下降而减小。首先将合金加热，然后温度达到高温单相区时为了快速熔解和冷却过剩相，需要恒温保持一段时间，这样得到的就是过饱和固溶体的热处理工艺。

4 结 语

镁合金的综合力学性能非常优良，最大的特点是与人体能够很好地相容和生物可降解性。镁合金材料在医学中已得到了广泛的应用。随着医疗研究的进一步深化，镁合金材料在医学中将会有更大的应用，并且效能也会不断地得到提高。

［1］ 颜廷亭，谭丽丽，熊党生，等.医用镁金属材料的研究进展［J］.2008，22（1）：110-129.

［2］ 刘通，张永君.医用镁合金降解控制技术的研究进展［J］.材料导报，2010，24（21）：86-89.

［3］ 姜海英，等.氟转化涂层镁合金材料与诱导后人骨髓间充质干细胞的相容性［J］.中国组织工程研究，2012（3）：459-462.

［4］ 臧志海，尹冬松，薄向东.等.骨用镁合金表面技术研究现状［J］.铸造设备与工艺，2011（6）：39-41，47.