本發(fā)明涉及鎂合金領(lǐng)域，具體為一種調(diào)控鎂合金腐蝕速率的有效方法，適用于各類變形鎂合金腐蝕速率的有效調(diào)控及加工制備，滿足醫(yī)用領(lǐng)域中鎂合金植入材料在不同人體部位的生物降解速率需求。

背景技術(shù)：

由于鎂及鎂合金具有良好的生物相容性和可降解性及與人骨具有相當?shù)膹椥阅Ａ康忍攸c，可作為理想的醫(yī)用領(lǐng)域生物植入候選材料。另外，元素鎂是人體生物代謝過程中所需的必要元素。通常，正常的成年人每天鎂的攝入量為300-400mg。其中，多余的Mg²⁺可以被人體吸收或通過尿液排出體內(nèi)?？梢姡V合金制成的植入材料在人體內(nèi)降解的產(chǎn)物不會對人體產(chǎn)生副作用。同時，由于鎂合金的自我降解，所以無需進行二次手術(shù)將植入件取出，極大地降低了成本和減少了病人的痛苦。盡管鎂及鎂合金具有上述的優(yōu)點，但是它們過快的降解速率極大的限制了其在醫(yī)用領(lǐng)域中的應(yīng)用。另外，因鎂的生物降解而產(chǎn)生的氫氣會發(fā)生聚集并在植入體附近產(chǎn)生氫氣泡，會使人體細胞組織發(fā)生分離并最終導(dǎo)致骨疽病的發(fā)生。為了提高鎂合金的耐腐蝕性，研究人員對鎂合金進行了大量合金化實驗研究。盡管開發(fā)出的新型多元化鎂合金材料的腐蝕性能滿足了生物降解的要求，但是所包含的某些合金元素如重金屬元素會對人體有害。因此，需要在不改變合金組分的前提下，選用目前已具有生物醫(yī)用前景的鎂合金材料，在不同程度上提升它們的耐腐蝕行為，以滿足鎂合金生物材料不同降解速率的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)控鎂合金腐蝕速率的有效方法，解決鎂合金在已用領(lǐng)域中腐蝕速率過快和不可控等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種調(diào)控鎂合金腐蝕速率的有效方法，在300～400℃條件下進行0.5～2小時的去應(yīng)力退火處理，使鎂合金獲得強基面織構(gòu)。

所述的調(diào)控鎂合金腐蝕速率的有效方法，鎂合金為各類的變形鎂合金。

所述的調(diào)控鎂合金腐蝕速率的有效方法，鎂合金腐蝕速率可調(diào)。

所述的調(diào)控鎂合金腐蝕速率的有效方法，室溫條件下，鎂合金在摩爾濃度為0.1M的NaCl溶液中，腐蝕電位E_corr＝-1.75～-1.55V_SCE，腐蝕電流密度為i_corr＝2～500μA/cm²，失重速率為0.2～9.5mg/cm²/day。

所述的調(diào)控鎂合金腐蝕速率的有效方法，在去應(yīng)力退火處理之前，對鎂合金進行變形加工，在300～500℃下保溫3～5小時，對合金進行熱擠壓成型，擠壓比為4～6:1。

所述的調(diào)控鎂合金腐蝕速率的有效方法，嚴格控制樣品表面所包含晶體學(xué)晶面的組分及各自所占的比例，具體是指：(0002)基面取向的晶粒數(shù)量與(10-10)和(11-20)柱面取向晶粒數(shù)量總和之間的比例，其比例范圍是15以上或是0.08以下。

本發(fā)明的設(shè)計思想是：

本發(fā)明通過合理選擇具有醫(yī)用前景的鎂合金材料，對合金進行大變形塑性加工和去應(yīng)力退火，使合金產(chǎn)生強的基面織構(gòu)。利用線切割取樣技術(shù)，選取包含不同晶體學(xué)面分數(shù)的取向樣品。由于基面的抗腐蝕性能最好，具有基面取向集中的樣品表面的抗腐蝕性能最好?？紤]到基面和柱面取向晶粒之間會發(fā)生微區(qū)電偶腐蝕，由一定分數(shù)柱面取向晶粒和多數(shù)基面取向晶粒組成的試樣表面的耐蝕性最差。最終，利用鎂合金不同晶體學(xué)面腐蝕電位之間存在的差異，通過控制樣品表面包含的晶體學(xué)面組分及相對面積分數(shù)，達到了對合金腐蝕速率的控制。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：

1、本發(fā)明通過選取具有很強醫(yī)用前景的鎂合金材料，使合金的生物降解速率得到控制，極大地提升了它們作為植入材料的潛力。

2、本發(fā)明的鎂合金具有普適性，為高耐蝕的工業(yè)用鎂合金的研制提供了參考，拓展了鎂合金可能應(yīng)用的工程領(lǐng)域。

3、本發(fā)明所用的設(shè)備簡單，成本較低，加工工藝操作簡單、方便。

附圖說明

圖1(a)-圖1(c)選取變形鎂合金AZ31的取樣和微結(jié)構(gòu)信息(實施例1、實施例2和實施例3)。其中，圖1(a)為實施例1、實施例2和實施例3的取樣方向；圖1(b)為實施例3取向樣品的微觀組織結(jié)構(gòu)；圖1(c)為(0002)、(11-20) 和(10-10)極圖。

圖2不同取向鎂合金AZ31的析氫實驗結(jié)果(實施例1、實施例2和實施例3)。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明做進一步說明，需要說明的是給出的實施例是用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍并不限于以下實施的具體實施例。

實施例1

Ⅰ)、合金選取

使用商用AZ31變形鎂合金棒材，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分含量)為：3％Al，1％Zn，其余為Mg；

Ⅱ)、變形加工

在400℃下保溫4小時，對合金進行熱擠壓成型，擠壓比為5:1。

Ⅲ)、去應(yīng)力退火

對擠壓態(tài)合金在400℃保溫1小時，進行去應(yīng)力退火，以消除殘余應(yīng)力對合金腐蝕各向異性的影響。

Ⅴ)、微觀組織表征

組織觀察的樣品其制備過程如下：采用1000號碳化硅水磨砂紙磨平表面；然后采用油基金剛石研磨膏機械拋光；EBSD分析結(jié)果表明合金的織構(gòu)為典型的基面織構(gòu)，相應(yīng)圖譜和(0002)、(11-20)和(10-10)極圖見附圖1，表明合金的織構(gòu)為典型基面絲織構(gòu)。本實施例中，嚴格控制樣品表面所包含晶體學(xué)晶面的組分及各自所占的比例，具體是指：(0002)基面取向的晶粒數(shù)量與(10-10)和(11-20)柱面取向晶粒數(shù)量總和之間的比例，其優(yōu)選比例范圍是15以上或是0.08以下(其值一般大于8或小于0.5，本實施例為0.04)，使合金表面的腐蝕速率最低。

Ⅳ)、取樣位置及腐蝕性能測試

利用線切割切取尺寸為5mm(長)×5mm(寬)×3mm(厚)的試樣，樣品表面垂直于擠壓棒材的軸線，具體取向示意圖見附圖1。用樹脂進行冷鑲嵌，對表面進行拋光處理；然后，在室溫條件下將試樣放入摩爾濃度為0.1M的NaCl溶液(生理鹽水)中進行浸泡和電化學(xué)實驗。在開路電位下進行氫氣收集實驗，具體氫氣析出曲線見附圖2。實驗結(jié)束后，用軟毛刷將試樣表面的腐蝕產(chǎn)物去除，稱其損失的重量，算出失重速率。對露出5mm×5mm的樣品表面開展動電位極化 曲線的測量，確定出合金相應(yīng)的電化學(xué)腐蝕參數(shù)，其重量損失速率為1.5mg/cm²/day，腐蝕電位E_corr＝-1.65V_SCE，腐蝕電流i_corr＝20μA/cm²。

實施例2

與實施例1相同之處在于：

Ⅰ)、合金選取

Ⅱ)、變形加工

Ⅲ)、去應(yīng)力退火

Ⅴ)、微觀組織表征

與實施例1不同之處在于：

Ⅳ)、取樣位置及腐蝕性能測試

利用線切割切取尺寸為5mm(長)×5mm(寬)×3mm(厚)的試樣，樣品表面與擠壓棒材的軸線成45度角，具體取向示意圖見附圖1。用樹脂進行冷鑲嵌，對表面進行拋光處理；然后，在室溫條件下將試樣放入摩爾濃度為0.1M的NaCl溶液中進行浸泡和電化學(xué)實驗。在開路電位下進行氫氣收集實驗，具體氫氣析出曲線見附圖2?？梢?，實施例2取向樣品的析氫速率最快。實驗結(jié)束后，用軟毛刷將試樣表面的腐蝕產(chǎn)物去除，稱其損失的重量，算出失重速率。對露出5mm×5mm的樣品表面開展動電位極化曲線的測量，確定出合金相應(yīng)的電化學(xué)腐蝕參數(shù)，其重量損失速率為4.5mg/cm²/day，腐蝕電位E_corr＝-1.72V_SCE，腐蝕電流i_corr＝100μA/cm²。

實施例3

與實施例1相同之處在于：

Ⅰ)、合金選取

Ⅱ)、變形加工

Ⅲ)、去應(yīng)力退火

Ⅴ)、微觀組織表征

與實施例1不同之處在于：

Ⅳ)、取樣位置及腐蝕性能測試

利用線切割切取尺寸為5mm(長)×5mm(寬)×3mm(厚)的試樣，樣品表面處于擠壓棒材的中心層且與擠壓棒材的軸線平行，具體取向示意圖見附圖1。用樹脂進行冷鑲嵌，對表面進行拋光處理；然后，在室溫條件下將試樣放入摩爾 濃度為0.1M的NaCl溶液中進行浸泡和電化學(xué)實驗。在開路電位下進行氫氣收集實驗，具體氫氣析出曲線見附圖2?？梢?，實施例3取向樣品的析氫速率最慢。實驗結(jié)束后，用軟毛刷將試樣表面的腐蝕產(chǎn)物去除，稱其損失的重量，算出失重速率。對露出5mm×5mm的樣品表面開展動電位極化曲線的測量，確定出合金相應(yīng)的電化學(xué)腐蝕參數(shù)，其重量損失速率為0.4mg/cm²/day，腐蝕電位E_corr＝-1.60V_SCE，腐蝕電流i_corr＝5μA/cm²。

實施例結(jié)果表明，本發(fā)明采用能夠顯著提高或降低鎂合金的生物降解速率的加工和處理工藝，在300～400℃條件下，對強基面織構(gòu)變形態(tài)鎂合金進行0.5～2小時的退火處理，消除因大變形帶來的殘余應(yīng)力。然后，對合金進行不同取向的切割取樣，嚴格控制樣品表面所包含晶體學(xué)晶面的組分及各自所占的比例。本發(fā)明能夠顯著調(diào)控鎂合金的耐腐蝕性能，解決可以調(diào)控鎂合金腐蝕速率快慢的問題，達到鎂合金在醫(yī)用領(lǐng)域不同生物降解速率的要求，從而顯著提升鎂合金作為人體植入生物材料的競爭力。