新型醫(yī)用鎂合金材料的加工及制備探討

陶兆君

（西北工業(yè)大學(xué)，西安710072）

1 對(duì)醫(yī)用材料的要求

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

（2）醫(yī)用材料必須具備功能性。為了保證植入人體后的醫(yī)用材料能夠?qū)θ梭w原有組織或者器官起到應(yīng)有的功能和具有治療的作用，醫(yī)用材料必須要有足夠的抗彎、抗壓強(qiáng)度。

（3）醫(yī)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(yī)用材料在人的體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)、物理反應(yīng)和生物反應(yīng)，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(duì)醫(yī)用材料的作用以及醫(yī)用材料對(duì)人體組織的作用。

（4）醫(yī)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(nèi)固定件，生物材料必須具有可加工性，能夠根據(jù)需要進(jìn)行加工改造。

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

2 醫(yī)用鎂合金材料的特點(diǎn)

（1）具有良好的可降解性

與其他的醫(yī)用的金屬材料相比，鎂合金材料在人體內(nèi)可以迅速腐蝕，具有很簡(jiǎn)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(shí)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(huì)在人體內(nèi)自動(dòng)降解，不用為了取出而再進(jìn)行手術(shù)。

（2）力學(xué)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(yīng)力得到緩解。

（3）具有很好的生物相容性，沒(méi)有細(xì)胞毒性。鎂是細(xì)胞內(nèi)的正離子，僅次于鈉、鈣、鉀，當(dāng)這些材料降解的時(shí)候，也不會(huì)危害人體。另外鎂合金還能夠使人體內(nèi)的多種鎂激活，對(duì)骨細(xì)胞的形成起到了很大的促進(jìn)作用，使骨骼能夠迅速地愈合。醫(yī)用鎂合金材料對(duì)神經(jīng)調(diào)節(jié)活動(dòng)以及蛋白質(zhì)的合成等也有很大的促進(jìn)作用。

作為內(nèi)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(xué)環(huán)境穩(wěn)定，另外鎂合金材料還能夠在愈合的后期自動(dòng)降解，使它的應(yīng)力遮擋作用降低，使再骨折以及局部骨質(zhì)疏松的現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。同時(shí)，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(yī)用鎂合金材料的加工和制備

3.1 鎂合金的熔煉

首先要對(duì)煉爐進(jìn)行預(yù)熱，放入坩堝內(nèi)稱(chēng)好的鎂后蓋上鍋蓋。在進(jìn)行加熱的時(shí)候要保證壓力是14MPa 氬氣、5L/min 的流量。升溫的過(guò)程要用測(cè)溫電偶來(lái)測(cè)溫。如果鎂已經(jīng)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(yīng)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(jìn)去，繼續(xù)加溫，當(dāng)溫度達(dá)到750℃時(shí)，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(jìn)行精煉和變質(zhì)處理。在處理的時(shí)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(xì)化晶粒。精煉變質(zhì)后，除去鎂合金溶液表面的浮渣，然后澆筑溫度，進(jìn)行10min 的保溫。最后鑄錠澆筑。

3.2 醫(yī)用鎂合金板材的軋制

軋制醫(yī)用鎂合金板材主要包括初軋、中軋和終軋三個(gè)階段。在軋制的過(guò)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(yī)用鎂合金錠坯在初軋的階段是鑄態(tài)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(huì)對(duì)軋制的效率產(chǎn)生負(fù)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(yīng)該是3%～10%之間。結(jié)束初軋階段后，開(kāi)始進(jìn)行中軋。初軋時(shí)產(chǎn)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(shí)候，軋制的溫度可以適當(dāng)降低，道次間的變形量應(yīng)該適當(dāng)增加。一般軋制的溫度在中軋的階段應(yīng)該是380℃，道次間的變形量在10%～20%之間。在終軋的時(shí)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(shí)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶就會(huì)受到很大的影響。如果溫度太低，晶粒就不能通過(guò)動(dòng)態(tài)進(jìn)行再結(jié)晶細(xì)化，使鎂合金板材的成形性能和力學(xué)性能受到影響。所以在進(jìn)行終軋的時(shí)候，一定要控制好終軋的溫度。

圖1 軋制工藝路線(xiàn)

3.3 熱處理

熱處理的方法對(duì)純鎂的耐腐性有一定的影響，經(jīng)過(guò)熱處理后的純鎂放進(jìn)HBSS 中浸泡后發(fā)現(xiàn)純鎂的質(zhì)量會(huì)增加。通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚恚€可以調(diào)節(jié)鎂的腐蝕速率。在熱處理工藝中，最關(guān)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(huì)隨著溫度的下降而減小。首先將合金加熱，然后溫度達(dá)到高溫單相區(qū)時(shí)為了快速熔解和冷卻過(guò)剩相，需要恒溫保持一段時(shí)間，這樣得到的就是過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝。

4 結(jié) 語(yǔ)

鎂合金的綜合力學(xué)性能非常優(yōu)良，最大的特點(diǎn)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(yī)學(xué)中已得到了廣泛的應(yīng)用。隨著醫(yī)療研究的進(jìn)一步深化，鎂合金材料在醫(yī)學(xué)中將會(huì)有更大的應(yīng)用，并且效能也會(huì)不斷地得到提高。

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［3］ 姜海英，等.氟轉(zhuǎn)化涂層鎂合金材料與誘導(dǎo)后人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的相容性［J］.中國(guó)組織工程研究，2012（3）：459-462.

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