用于可生物吸收的支架的鎂合金的制作方法
【專利摘要】由鎂合金形成的支架，所述鎂合金主要由以下組成：0-10重量％稀土元素；0-5重量％Li；0-1重量％Mn；0-1重量％Zr；和余量的Mg，或者該支架由鎂合金形成，所述鎂合金主要由0-5重量％稀土元素；0-8重量％Li；0-1重量％Mn；0-1重量％Sn；0-3重量％Al；0-4重量％Zn；和余量的Mg組成。
【專利說明】用于可生物吸收的支架的鎂合金
相關(guān)申請的交叉參考
[0001]本申請要求于2011年10月7日提交的美國臨時專利申請第61/544，373號的優(yōu)先權(quán)，其全文通過引用納入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及鎂基合金，所述鎂基合金可用于制造可生物吸收的支架。
進(jìn)旦
[0003]鎂合金具有優(yōu)異的特種性質(zhì)，這使它們有望在一些商業(yè)、國防和醫(yī)療應(yīng)用中成為適于取代更重材料的備選者。鎂是毒性更小的合金，且對于可生物降解的醫(yī)學(xué)植入應(yīng)用特別有吸引力。現(xiàn)有鎂合金的潛在限制包括低延性、低強(qiáng)度、有限的高溫性質(zhì)和低劣的耐腐蝕性。鎂的六方緊密堆積(HCP)晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致相對低的延性(與面心立方(FCC)和體心立方(BCC)合金相比)。已經(jīng)開發(fā)了多種市售鎂基合金，包括Mg-Al-Zn(AZ-類型合金)、Mg-Zn-Mn (ZM-類型合金)，且它們的變體包括額外的元素如稀土(RE)元素，以取得改善的強(qiáng)度、延性和耐腐蝕性。但是，上述合金的耐腐蝕性受到限制，因為存在能促進(jìn)電阻耦合并導(dǎo)致基質(zhì)溶解的陰極第 二相顆粒(或沉淀)。在退火和其它熱處理時，第二相顆粒可抵抗晶粒生長。
雛
[0004]需要取得均勻的單一相微結(jié)構(gòu)(無任何第二相)，以阻止內(nèi)部電阻耦合并由此取得優(yōu)異的耐腐蝕性。除了電阻耦合以外，在鎂基合金中存在的雜質(zhì)在驅(qū)動腐蝕中也可起著關(guān)鍵作用。應(yīng)把系統(tǒng)中的元素如Fe、Ni和Cu降低到最少，以改善腐蝕。因此，需要鑒別能吸收上述雜質(zhì)的合金元素。沒有了提供沉淀強(qiáng)化的任何第二相顆粒，單一相合金必須依靠其它強(qiáng)化來源如固溶體強(qiáng)化、晶粒精細(xì)化和冷加工(位錯強(qiáng)化)。應(yīng)注意，晶粒精細(xì)化改善耐腐蝕性和延性。
[0005]在多相系統(tǒng)中，需要確保離散的第二相比基質(zhì)相更加電負(fù)性，以減緩基質(zhì)的腐蝕?？商砑酉率龊辖鹪?該合金元素(i)平衡基質(zhì)和離散第二相顆粒之間的電化學(xué)電勢差異和/或(ii)增加相互連接的基質(zhì)相對于離散第二相的電正性。除了電阻耦合以外，在鎂基合金中存在的雜質(zhì)在驅(qū)動腐蝕中也可起著關(guān)鍵作用。應(yīng)把系統(tǒng)中的元素如Fe、Ni和Cu降低到最少，以改善耐腐蝕性。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實施方式的一方面，提供了含鎂合金的支架。所述鎂合金主要由以下組成:0-10重量％稀土元素；0-5重量％ Li ；0-1重量％ Mn ;0_1重量％ Zr ;和余量的Mg。所述稀土元素可選自下組:Sc、Y、La、Gd和Nd。
[0007]在一種實施方式中，支架由鎂合金形成，所述鎂合金主要由以下組成:約I重量％Sc ;約0.5重量％ Y ;約I重量％ Li ;和余量的Mg。
[0008]在一種實施方式中，支架由鎂合金形成，所述鎂合金主要由以下組成:約I重量％Sc ;約0.8重量％ Y ;和余量的Mg。
[0009]在一種實施方式中，支架由鎂合金形成，所述鎂合金主要由以下組成:約1.5重量％ Sc ;約0.7重量％ Li ;和余量的Mg。
[0010]在一種實施方式中，支架由鎂合金形成，所述鎂合金主要由以下組成:約1.5重量％ Y ;約0.7重量％ Li ;和余量的Mg。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實施方式的一方面，提供了含鎂合金的支架。所述鎂合金主要由以下組成:0-5重量％稀土元素；0_8重量％ Li ；0-1重量％ Mn ；0-1重量％ Sn ；0-3重量％ Al ；0-4重量％ Zn ;和余量的Mg。所述稀土元素可選自下組:Sc、Y、La、Gd和Nd。
[0012]在一種實施方式中，支架由鎂合金形成，所述鎂合金主要由以下組成:約3重量％Li ;約I重量％ Al ;和余量的Mg。
附圖簡述
[0013]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的支架；
[0014]圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0015]圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0016]圖4是圖2A和2B所示的合金進(jìn)行改性的熔融步驟后，基于沙伊爾(Scheil)計算的相圖；
[0017]圖5A和5B是根據(jù) 本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0018]圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0019]圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0020]圖8A和SB是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0021]圖9A和9B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0022]圖1OA和IOB是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；以及
[0023]圖1lA和IlB是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0024]圖12A和12B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0025]圖13A和13B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0026]圖14A和14B是圖13A和13B所示合金的各個體心立方(BCC)相和六方緊密堆積相(HCP)的相圖；
[0027]圖15A和15B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0028]圖16A和16B是圖15A和15B所示合金的各個BCC相和HCP相的相圖；[0029]圖17A和17B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0030]圖18A和18B是圖17A和17B所示合金的各個Al-Li相和HCP相的相圖；
[0031]圖19A和19B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；
[0032]圖20A和20B是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的合金分別基于沙伊爾(Scheil)計算和平衡計算的相圖；以及
[0033]圖21A和21B是圖20A和20B所示合金的各個Al-Li相和HCP相的相圖。 詳細(xì)描述
[0034]圖1顯示了包括多個支柱12和多個冠或彎形14的支架10，且各個冠或彎形14連接一對相鄰的支柱12。可通過本領(lǐng)域已知的方法如激光切割，來從管形成支架10。可根據(jù)本文公開的本發(fā)明的實施方式來制備用于形成支架10的所述管。在一種實施方式中，可通過已知方法來形成用于形成多個支柱12和多個冠或彎形14的單一導(dǎo)絲，且可根據(jù)本發(fā)明的實施方式來制備用于形成支架10的所述導(dǎo)絲。
[0035]本發(fā)明的實施方式涉及新型Mg基組合物，其組合了用于取得具有優(yōu)異耐腐蝕性的單一微結(jié)構(gòu)的特殊配方。此外，初步評估顯示與純Mg相比時，具有良好的強(qiáng)度和延性。合金元素包括:
稀土元素(RE)-O-1O重量％
L1-0-5 重量％
Mn-O-1 重量 Zr-O-1 重量％
Mg-余量的。
[0036]RE元素包括Sc、Y、La、Gd、Nd。具有Mn和/或Zr的Mg-L1-RE是新穎的組合物，其中特別選定合金元素以取得具有最少雜質(zhì)的耐腐蝕單一相微結(jié)構(gòu)。具有Li的Mg-L1-RE-Mn-Zr基合金具有改善的延性，因為已知變形時Li可活化HCP — Mg中的多種附加爽滑系統(tǒng)。此外，Li有助于固溶體強(qiáng)化。如Sc和Y的RE元素促進(jìn)晶粒精細(xì)化，且因為它們在HCP-Mg中的高溶解度，還可改善固溶體強(qiáng)化。還觀察到，熔融時Sc可吸收雜質(zhì)如Fe以形成第二相(Fe2Sc),該第二相可沉淀到熔體的底部。后續(xù)地，倒入模具時，可丟棄坩鍋中熔融池底部的小部分，以確保除去該吸收的富Fe相。這是一種獨特的熔融策略，它可用來改善耐腐蝕性。
[0037]在系統(tǒng)中的Mn和Zr可有助于吸收雜質(zhì)。此外，Mn和Zr可促進(jìn)晶粒精細(xì)化。使用熱力學(xué)和性質(zhì)模型進(jìn)行的初始評估證實:與現(xiàn)有的Mg基合金相比，所述合金組合物具有增強(qiáng)的耐腐蝕性、強(qiáng)度和延性。可能的合金組合物(所有組合物都以重量％表示)見表1:
表1:單一相Mg合金
【權(quán)利要求】
1.一種由鎂合金形成的支架，所述鎂合金主要由以下組成: .0-10重量％稀土元素；
.0-5 重量 ％ Li ；
.0-1 重量 ％ Mn ； .0-1重量％ Zr ;以及 余量的Mg。
2.如權(quán)利要求1所述的支架，其特征在于，所述稀土元素選自下組:Sc、Y、La、Gd、Nd及其任意組合。
3.如權(quán)利要求1所述的支架，其特征在于，所述鎂合金主要由以下組成: 約I重量％ Sc ； 約0.5重量％ Y; 約I重量％ Li ;以及 余量的Mg。
4.如權(quán)利要求1所述的支架，其特征在于，所述鎂合金主要由以下組成: 約I重量％ Sc ； 約0.8重量％ Y;以及 余量的Mg。
5.如權(quán)利要求1所述的支架，其特征在于，所述鎂合金主要由以下組成: 約1.5重量％ Sc ； 約0.7重量％ Li ;以及 余量的Mg。
6.如權(quán)利要求1所述的支架，其特征在于，所述鎂合金主要由以下組成: 約1.5重量％ Y; 約0.7重量％ Li ;以及 余量的Mg。
7.一種由鎂合金形成的支架，所述鎂合金主要由以下組成: .0-5重量％稀土元素；
.0-8 重量 ％ Li ；
.0-1 重量 ％ Mn ； . 0-1 重量 ％ Sn ；
.0-3 重量 ％ Al ； .0-4重量％ Zn ;以及 余量的Mg。
8.如權(quán)利要求7所述的支架，其特征在于，所述稀土元素選自下組:Sc、Y、La、Gd、Nd及其任意組合。
9.如權(quán)利要求7所述的支架，其特征在于，所述鎂合金主要由以下組成: 約3重量％ Li ； 約I重量％ Al ;以及 余量的Mg。
【文檔編號】A61L31/02GK103841999SQ201280048918
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月7日
【發(fā)明者】郭雅 , A·米斯拉, J·A·賴特, J·伯格倫德, R·普拉薩那文卡特桑 申請人:美敦力瓦斯科爾勒公司