【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医用金属材料制备，尤其涉及一种gpa级高压和冷轧协同作用下高强度生物可降解zn-mn合金及其制备方法。
技术介绍
1、随着社会的高速发展，人口老龄化越来越严重，对所需要的医疗资源提出了巨大的需求。与传统的生物金属相比，可生物降解金属植入物不需要进行二次手术移除，减轻了患者的身体疼痛和经济压力。可生物降解金属主要分为三类：镁基(mg)、锌基(zn)和铁基(fe)材料。然而，镁基材料的降解速度很快，难以在体内保持机械完整性过早失效和在降解过程中发生析氢反应释放大量氢气，这些都阻碍了其临床应用。铁基材料在体内降解过慢阻碍人骨自我愈合。锌基可生物降解材料具有适中的降解速率和可接受的生物相容性被认为是潜在的可生物降解材料。更重要的是，锌是人体内必需的微量元素之一，作为多种酶的组成元素，与身体的发育、免疫系统和生殖遗传密切相关。此外，zn离子还具有抗菌活性，表明zn离子的可控释放可导致对术后炎症和感染的抗菌活性。
2、纯锌因为其力学性能差，拉伸屈服强度不到50mpa，不能满足临床应用的机械要求。因此，通常通过合金化和热塑性变形(如热轧和热挤压)加工来消除锌的脆性和提高其屈服强度。目前，合金化元素的选择主要集中在mn、li、mg、cu、ag等。由于固溶强化和沉淀硬化的影响，固溶度是选择合金元素强化金属的一个重要因素。mn在zn中具有显著的固溶度，在zn-mn相图中，mn在400℃时最大固溶度可达0.8wt.％；此外，mn在生物体中扮演着重要的角色，是许多酶的协同因子，具有促进脂质代谢、参与造血、增强免疫力等作用。
3、gpa级高压合成技术作为一种新型的特殊加工制备技术改善合金的力学性能得到了广泛的研究和应用。在高压作用下，压力降低了成核活化能并提高了成核速率，同时抑制原子扩散，进而增加扩散活化能，从而增加晶体生长的活化能并降低晶体生长速率。但是本申请专利技术人在研究中发现gpa级高压合成技术能够提升zn-mn合金强度，但提升效果有限，无法达到植入器械的机械要求；为了满足人体植入要求，还需要进一步提升其强度，此外高压合成的样品尺寸太小，不足以应用于不同植入部位的尺寸。
技术实现思路
1、针对以上不足，本专利技术提供一种gpa级高压和冷轧协同作用下高强度生物可降解zn-mn合金的制备方法，制备的zn-mn合金具有优异的力学性能，具体技术方案如下：
2、一种gpa级高压和冷轧协同作用下高强度生物可降解zn-mn合金的制备方法，按质量百分比，所述zn-mn合金中mn为0.5～1.5％，余量为zn；所述制备方法包括以下步骤：
3、(1)将zn-mn合金铸锭进行均匀化退火，得到退火件；
4、(2)将退火件进行gpa级高压合成，gpa级高压合成工艺参数为：压力为3gpa～5gpa，合成温度为700～900℃，升温速率为100～300℃/min，保温保压30～60min，得到高压件；
5、(3)将高压件进行多道次冷轧，每道次压下量为0.8～2mm，最终变形量为80～85％，得到生物可降解zn-mn合金成品。
6、优选的，上述的制备方法中，所述zn-mn合金中mn为0.8～1.5％，余量为zn。
7、优选的，上述的制备方法中，所述步骤(1)中，均匀化退火温度为250～350℃，保温时间为3～10h。
8、优选的，上述的制备方法中，所述步骤(2)中，保温保压后水冷至室温，冷却速度为10～50℃/s。
9、优选的，上述的制备方法中，所述步骤(2)具体为：用线切割机从退火件切割出直径为10mm，高度为18mm的圆柱形试样，用砂纸打磨表面至光滑；将圆柱形试样依次装入氮化硼套管、石墨套管、叶腊石中，两边用钼片、钢帽做导电封装，组装成套，然后将组装套放入六面顶压机中，设定压力为3gpa～5gpa，根据clausius-clapeyren方程并结合zn-mn合金的熔点，设定加热温度为700～900℃；将六面顶压机压力升高到预设压力，然后以100～300℃/min的速度升温至预设温度，保温保压30～60min，最后水冷快速冷却至室温，卸压得到高压样。
10、优选的，上述的制备方法中，所述zn-mn合金铸锭制备为：按照质量百分比分别配料zn和mn，将zn和mn放入真空感应熔炼炉中，在氩气保护下在650℃熔炼10min，然后浇入石墨模具，冷却至室温后即得到所述zn-mn合金铸锭。
11、另一方面，本专利技术还提供一种上述的制备方法制备得到的高强度生物可降解zn-mn合金。
12、优先的，上述的zn-mn合金中，所述zn-mn合金的拉伸屈服强度为190～300mpa、极限抗拉强度为230mpa～330mpa、延伸率为35～65％。
13、另一方面，本专利技术还提供上述的zn-mn合金在生物可降解医用植入材料中的应用。
14、优选的，上述的应用中，所述生物可降解医用植入材料为可降解血管支架、可降解骨科用植入物中的至少一种。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
16、1.本专利技术的制备方法中，通过对制备工艺的优化和有效控制，制备得到力学性能优异的生物可降解zn-mn合金，zn-mn合金的拉伸屈服强度为190～300mpa、极限抗拉强度为230mpa～330mpa、延伸率为35～65％，具有高的力学性能可靠性，满足了人体植入材料的机械性能要求，有利于将zn-mn合金应用于医用植入医疗器械领域。
17、2.本专利技术的的制备方法中，通过高压处理和冷轧处理协同作用显著提升了zn-mn合金的力学性能，mn原子固溶到zn基体中，第二相的消失，使得合金的微电藕腐蚀消失，提高了材料的降解均匀性，表现出更正的腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度和腐蚀速率，具有更慢的降解速率，在作为可降解材料植入时不容易提前失效。
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1.一种GPa级高压和冷轧协同作用下高强度生物可降解Zn-Mn合金的制备方法，其特征在于，按质量百分比，所述Zn-Mn合金中Mn为0.5～1.5％，余量为Zn；所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Zn-Mn合金中Mn为0.8～1.5％，余量为Zn。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，均匀化退火温度为250～350℃，保温时间为3～10h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，保温保压后水冷至室温。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Zn-Mn合金铸锭制备为：按照质量百分比分别配料Zn和Mn，将Zn和Mn放入真空感应熔炼炉中，在氩气保护下在650℃熔炼10min，然后浇入石墨模具，冷却至室温后即得到所述Zn-Mn合金铸锭。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的高强度生物可降解Zn-Mn合金。
7.根据权利要求6所述的Zn-Mn合金，其特征在于，所述Zn-Mn合金的拉伸屈服强度为1
8.如权利要求6或7所述的Zn-Mn合金在生物可降解医用植入材料中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述生物可降解医用植入材料为可降解血管支架、可降解骨科用植入物中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.一种gpa级高压和冷轧协同作用下高强度生物可降解zn-mn合金的制备方法，其特征在于，按质量百分比，所述zn-mn合金中mn为0.5～1.5％，余量为zn；所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述zn-mn合金中mn为0.8～1.5％，余量为zn。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，均匀化退火温度为250～350℃，保温时间为3～10h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，保温保压后水冷至室温。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述zn-mn合金铸锭制备为：按照质量百分比分别配料z...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴翌龙，卢钢，张德闯，林建国，郭林，田新源，雷小丽，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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