本發明涉及生物醫用材料，具體涉及一種生物醫用mg-gd-nd-zr-in合金及其制備方法。

背景技術：

1、隨著人口老齡化和醫療技術的進步，對生物醫用材料的需求日益增長。在眾多生物醫用材料中，可降解金屬材料因其在完成其臨時功能后能被人體逐漸吸收，避免了二次手術取出的需要，展現出巨大的潛力和優勢。

2、鎂及其合金往往具有良好的生物相容性，同時兼具低密度、高比強度、良好的阻尼減震和優異的加工性能這些特點，加上與人體骨骼非常相近的力學性能，這些都使得它成為非常具有前景的生物醫用材料。然而，鎂合金的快速腐蝕速率和由此產生的氫氣釋放問題限制了其在臨床上的應用。現有的商用鎂合金，如含al元素的az31、az91等，最初是為結構材料而開發的，并未充分考慮作為生物材料的安全性問題。因此，在考慮合金元素的生物毒性的基礎上開發出高強度、高耐蝕的高性能鎂合金是當前研究的重點。

3、當前高強鎂合金的開發已逐漸成熟，但這些高強鎂合金的耐蝕性能往往很差，同時目前報道的高耐蝕鎂合金的力學強度常常很低，鎂合金面臨著力學強度和耐蝕性能難以兼得的困境。

技術實現思路

1、針對上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種生物醫用mg-gd-nd-zr-in合金及其制備方法，本發明基于高性能生物醫用鎂合金體系的匱乏，提供一種兼具優異耐腐蝕性能、力學性能和生物相容性的鎂合金及其制備方法。

2、為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

3、一種生物醫用mg-gd-nd-zr-in合金，按質量百分比計，所述mg-gd-nd-zr-in合金包括：

4、gd：5%~10%，nd：1％~5%，zr：0.5％~1%，in：0.2%~1%，余量為mg，合計100%。

5、本發明設計的高性能生物醫用mg-gd-nd-zr-in合金，首先利用gd和nd元素的強析出效果對合金進行強化，同時利用合金元素之間溶解和沉積的不同步，即gd和nd元素和mg優先快速溶解，而in元素則在合金表面富集，隨后一次性全部溶解，獲得較高的界面離子濃度，然后由于in元素在界面處的高離子濃度，達到了其對應降解產物的沉積條件，從而迅速在表面最優先形核沉積，雖然不能形成完全覆蓋合金表面的膜層，但可以為后續gd和nd元素的沉積提供形核表面，降低后沉積的gd和nd的降解產物的形核能，加快gd和nd元素的形核速度；隨后gd和nd的沉積也會進一步促進mg的沉積。這種不同步溶解和沉積，會促進致密降解產物膜的形成，從而降低合金在模擬體液中的降解速率，整體實現合金力學強度和耐蝕性能的有效結合。

6、另外，本發明設計的高性能生物醫用mg-gd-nd-zr-in合金，要注意微/低合金元素的含量對耐蝕性能、力學性能有著非常復雜、敏感的作用，且兩者相互牽制。微合金元素in含量過多，會阻礙低合金元素gd、nd和mg元素的溶解，導致界面處離子濃度過低，降解產物形成數量太少而保護性不足；若in含量過少，則無法起到加速形核的作用。低合金元素gd和nd若含量過多，會形成大量第二相促進微電偶腐蝕；若含量過少則無法起到促進mg元素形核的作用，也無法形成足夠的強化相，不利于合金的力學性能和耐蝕性能，zr元素主要起到細化晶粒，提高力學性能的作用。

7、在本發明優選的實施方式中，按質量百分比計，所述mg-gd-nd-zr-in合金包括：

8、gd：9%，nd：2％，zr：0.5%，in：0.5％，fe<0.015%，cu<0.015%，ni<0.005%，余量為mg，合計100%。

9、所述mg-gd-nd-zr-in合金中還包括雜質元素，按質量百分比計：雜質fe<0.015%，cu<0.015%，ni<0.005%。

10、本發明的另一個目的是提供一種生物醫用mg-gd-nd-zr-in合金的制備方法，包括以下步驟：

11、稱取原料mg、in、mg-25gd、mg-25nd和mg-20zr中間合金按照質量百分比為gd：5%~10%，nd：1%~5％，zr：0.5％~1%，in：0.2％~1%，fe<0.015%，cu<0.015%，ni<0.005%，余量為mg，合計100%，進行配料。

12、在保護氣氛下對稱取的原料加熱熔化攪拌，進行均勻化處理。

13、將均勻化處理后的原料進行澆鑄，得到mg-gd-nd-zr-in合金鑄錠，對所述mg-gd-nd-zr-in合金鑄錠進行車削或銑削加工，去除表面的氧化層和表皮缺陷。

14、對車削或銑削加工后的mg-gd-nd-zr-in合金鑄錠加熱保溫后進行熱擠壓處理，得到擠壓棒材。

15、對所述擠壓棒材進行時效處理，得到高性能生物醫用mg-gd-nd-zr-in合金。

16、在本發明優選的實施方式中，熱擠壓溫度為400℃~450℃，擠壓比為8~10：1擠壓速率為0.3?mm/s~0.5?mm/s。

17、在本發明優選的實施方式中，時效處理溫度為180℃~250℃，時效處理時間為80小時~100小時。

18、在本發明優選的實施方式中，進行熱擠壓處理時，加熱保溫溫度為400℃~450℃，保溫時間為1小時~2小時。

19、在本發明優選的實施方式中，進行均勻化處理時，加熱溫度為700℃~740℃。

20、在本發明優選的實施方式中，保護性氣氛為體積比為9：1的co2和sf6。

21、在本發明優選的實施方式中，原料mg和in的純度均大于99.9%。

22、與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：

23、1、本發明設計的高性能生物醫用mg-gd-nd-zr-in合金，首先利用gd和nd元素的強析出效果對合金進行強化，同時利用合金元素之間溶解和沉積的不同步，即gd和nd元素和mg優先快速溶解，而in元素則在合金表面富集，隨后一次性全部溶解，獲得較高的界面離子濃度，然后由于in元素在界面處的高離子濃度，達到了其對應降解產物的沉積條件，從而迅速在表面最優先形核沉積，雖然不能形成完全覆蓋合金表面的膜層，但可以為后續gd和nd元素的沉積提供形核表面，降低后沉積的gd和nd的降解產物的形核能，加快gd和nd元素的形核速度；隨后gd和nd的沉積也會進一步促進mg的沉積。這種不同步溶解和沉積，會促進致密降解產物膜的形成，從而降低合金在模擬體液中的降解速率，整體實現合金力學強度和耐蝕性能的有效結合。

24、2、本發明設計的高性能生物醫用mg-gd-nd-zr-in合金，要注意微/低合金元素的含量對耐蝕性能、力學性能有著非常復雜、敏感的作用，且兩者相互牽制。微合金元素in含量過多，會阻礙低合金元素gd、nd和mg元素的溶解，導致界面處離子濃度過低，降解產物形成數量太少而保護性不足；若in含量過少，則無法起到加速形核的作用。低合金元素gd和nd若含量過多，會形成大量第二相促進微電偶腐蝕；若含量過少則無法起到促進mg元素形核的作用，也無法形成足夠的強化相，不利于合金的力學性能和耐蝕性能，zr元素主要起到細化晶粒，提高力學性能的作用。

25、3、本發明設計的高性能生物醫用鎂合金mg-9gd-2nd-0.5zr-0.5in在模擬體液中的降解性能優于高純鎂，能夠形成具有一定厚度且十分致密的降解產物層，該合金表現出了優異的降解性能。

26、4、本發明設計的高性能生物醫用鎂合金mg-9gd-2nd-0.5zr-0.5in具有優異的生物相容性，該合金對細胞增殖具備有益作用，細胞活性較高，無細胞毒性。