Aleaciones de magnesio que contienen tierras raras pesadas.

Una aleación de magnesio apropiada para la fabricación de un implante médico que comprende:



Y: 0,05%-10% en peso, preferentemente 0,05-5% en peso, más preferentemente 3,7-4,2% en peso, Nd: 0-5% en peso, preferentemente 0,05-2,5% en peso,

en la que el total de Y+Nd es por lo menos 0,05% en peso,

una o más tierras raras pesadas seleccionadas de Ho, Lu, Tm y Tb en una cantidad total por encima de 0,5% y no más de 5,5% en peso,

Gd: 0-3,0% en peso, y

Sm: 0-0,2% en peso,

en la que opcionalmente la aleación incluye uno o más de:

Dy: 0-8% en peso,

Zr: 0-1,2% en peso,

Al: 0-7,5% en peso,

Zr y/o Mn: 0-2% en peso en total,

Sc: 0-15% en peso,

In: 0-15% en peso,

Ca: 0-3% en peso,

Er hasta 5,5% en peso, con tal de que el total de Er, Ho, Lu, Tm y Tb no sea más de 5,5% en peso, preferentemente hasta 4% en peso, y

una o más tierras raras y tierras raras pesadas distintas de Y, Nd, Ho, Lu, Tm, Tb, Dy, Gd y Er en una cantidad total de hasta 0,5% en peso,

siendo el resto magnesio e impurezas adicionales hasta un total de 0,3% en peso.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2011/050577.

Solicitante: MAGNESIUM ELEKTRON LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: Anchorage Gateway 5 Anchorage Quay Salford M50 3XE REINO UNIDO.

Inventor/es: LYON, PAUL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C22C23/06 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 23/00 Aleaciones basadas en magnesio. › con un metal de las tierras raras como constituyente que sigue al que está en mayor proporción.

PDF original: ES-2485893_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Aleaciones de magnesio que contienen tierras raras pesadas

La presente invención se refiere a aleaciones de magnesio que contienen tierras raras pesadas que poseen buena procesabilidad y/o ductilidad, particularmente cuando se forjan, reteniendo buena resistencia a la corrosión y/o degradación, y se desea que sean apropiadas para la fabricación de implantes médicos, por ejemplo, por extrusión.

En nuestra anteriormente presentada solicitud de patente internacional No. PCT/GB29/2325 se describen aleaciones de magnesio que tienen un contenido de erbio de hasta 5,5% en peso y que muestran mejoras de procesabilidad y/o ductilidad sobre las aleaciones de magnesio conocidas tales como aquellas comercialmente conocidas como Magnesium Elektron WE43 y WE54. Estas aleaciones mejoradas tienen también igualmente buena resistencia a la corrosión que aquellas aleaciones conocidas cuando se evalúan usando un ensayo de niebla salina estándar. Específicamente para aplicaciones de forjado las aleaciones descritas consisten en: -

Y: 2,-6,% en peso

Nd: ,5-4,% en peso

Gd: -5,5% en peso

Dy: -5,5% en peso

Er: -5,5 % en peso

Zr: ,5-1,% en peso

Zn + Mn: <,11 % en peso,

Yb: -,2% en peso

Sm: -,4% en peso,

opcionalmente tierras raras y tierras raras pesadas distintas de Y, Nd, Gd, Dy, Er, Yb y Sm en una cantidad total de hasta ,5 % en peso, y

siendo el resto magnesio e impurezas adicionales hasta un total de ,3% en peso, % en el que el contenido total de Gd, Dy y Er está en el intervalo de ,3 a 12% en peso, y

en la que la aleación exhibe una velocidad de corrosión, medida según la norma ASTM B117 de menos de ,76 cm por año (3 milipulgadas por año (mpy)).

Para las aplicaciones de moldeo las aleaciones descritas consisten en: -

Y: 2,-6,% en peso

Nd: ,5-4,% en peso

Gd: -5,5% en peso

Dy: -5,5% en peso

Er: -5,5% en peso

Zr: ,5-1,% en peso

Zn + Mn: <,11 % en peso,

opcionalmente tierras raras y tierras raras pesadas distintas de Y, Nd, Gd, Dy y Er en una cantidad total de hasta 2% en peso, y

siendo el resto magnesio e impurezas adicionales hasta un total de ,3% en peso, en las que el contenido total de Gd, Dy y Er está en el intervalo de ,3 -12% en peso, y en las que

cuando la aleación está en el estado T4 o T6 el porcentaje de área de cualquier partícula precipitada que tiene un tamaño medio de partícula de entre 1 y 15 pm es menor del 3%.

Nuestra solicitud anterior se refiere a la creencia previa sostenida por expertos tales como King, de que el comportamiento de las tierras raras pesadas como constituyentes aleantes era esencialmente el mismo y que, por lo

tanto, en las aleaciones de magnesio tales como WE43 las tierras raras pesadas tales como erbio e iterbio eran intercambiables. Las investigaciones revelaron, sin embargo, que tal creencia previa no estaba bien fundamentada, como lo revelan los valores de solubilidad en estado sólido de tierras raras pesadas Individuales en magnesio como se expone en la Tabla 2 del documento PCT/GB29/2325.

Además, en nuestra solicitud anterior se consideró que el Gd, Dy y Er eran esencialmente equivalentes, estando presente cada uno en una cantidad de hasta 5,5% en peso. Sin embargo, los datos de solubilidad en estado sólido en la Tabla 2 del documento PCT/GB29/2325 sugerían que el uso de Er debe ser más ventajoso que el uso de Gd y Dy, y el trabajo adicional ahora ha confirmado esto.

El trabajo adicional ha establecido ahora también que a las temperaturas a las que se forjan las aleaciones de magnesio el terbio es casi tan soluble en magnesio como el disprosio, el holmio posee una solubilidad en estado sólido en magnesio superior al disprosio y es casi tan soluble como el erbio, mientras que el tulio, y especialmente el lutecio, poseen solubilidades en estado sólido superiores al erbio. De este modo, en la presente invención una o más de las tierras raras pesadas Ho, Lu, Tm y Tb pueden reemplazar al Er usado en las aleaciones del documento PCT/GB29/2325 parcial o totalmente.

Los límites de solubilidad en estado sólido de las tierras raras pesadas y otras tierras raras seleccionadas en magnesio puro a varias temperaturas, incluyendo la temperatura ambiente "RT", se exponen en la tabla 1. Se apreciará, sin embargo, que para las aleaciones de magnesio que contienen otros elementos aleantes estos límites variarán.

Tabla 1

Número atómico

Elemento

TA (RT)

3°C

4°C

5°C

Lu

1-12

19,5

Yb

ca.

,5

1,5

3,3

Tm

1-12

17,6

21,7

27,5

Er

1-12

18,5

28,3

Ho

8-1

15,4

19,4

24,2

Dy

ca. 5

17,8

22,5

Tb

1-2

12,2

16,7

21,

Gd

ca.

3,8

11,5

19,2

Eu

Sm

ca.

,8

1,8

4,3

Pm

-

-

-

-

Nd

ca.

,16

,7

2,2

Pr

ca.

,5

,2

,6

Ce

ca.

,6

,8

,26

La

ca.

,1

,1

,3

Y

1-2

4,2

6,5

1,

Se

ca. 12

12,8

15,7

18,8

Aunque para aplicaciones de forjado, particularmente para aplicaciones estructurales, se consideró que las tierras raras y las tierras raras pesadas distintas de Y, Nd, Gd, Dy, Er, Yb y Sm podrían estar presentes en la cantidad total de hasta ,5% en peso, con tal de que la aleación exhibiera una velocidad de corrosión tal como se mide según la ASTM B117 de menos de ,76 cm por año (3 mpy), se ha encontrado que cuando se prepara un magnesio del tipo descrito para uso como implante médico, por ejemplo, recogiendo las enseñanzas del documento EP141739 y

184257 que requieren que la aleación se forje, particularmente por extrusión, y debe cumplir criterios adicionales para tal uso médico, los limites como los que se expone en el documento PCT/GB29/2325 pueden y deben ser ajustados. Por ejemplo, previamente se consideraba que, debido a la necesidad de retener en las aleaciones del documento PCT/29/2325 las propiedades mecánicas, particularmente la resistencia a la tracción, iguales o mayores que las de las aleaciones del tipo WE43, podría estar presente una cantidad mayor que la de impurezas de cerio y lantano y no se podría tolerar más que una cantidad de impurezas de escandio. Sin embargo, dado que para usos médicos tales como implantes para reemplazar hueso, tales altas propiedades mecánicas son de menor importancia que el comportamiento de la aleación en un medio biológico, por ejemplo, sus características biodegradables, estas anteriormente consideradas limitación y tolerancia respecto del cerio, lantano y escandio de hecho se han invertido para las presentes aleaciones.

Similarmente, mientras se había creído que un comportamiento de corrosión de la aleación en un ensayo de niebla salina estándar se podría usar como guía de su comportamiento en un ensayo de corrosión en fluido corporal simulado (SBF), se ha encontrado que... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una aleación de magnesio apropiada para la fabricación de un implante médico que comprende:

Y: ,5%-1% en peso, preferentemente ,5-5% en peso, más preferentemente 3,7-4,2% en peso,

Nd: -5% en peso, preferentemente ,5-2,5% en peso, en la que el total de Y+Nd es por lo menos ,5% en peso,

una o más tierras raras pesadas seleccionadas de Ho, Lu, Tm y Tb en una cantidad total por encima de ,5% y no más de 5,5% en peso,

Gd: -3,% en peso, y

Sm: -,2% en peso,

en la que opcionalmente la aleación incluye uno o más de:

Dy: -8% en peso,

Zr: -1,2% en peso,

Al: -7,5% en peso,

Zr y/o Mn: -2% en peso en total,

Se: -15% en peso,

In: -15% en peso,

Ca: -3% en peso,

Er hasta 5,5% en peso, con tal de que el total de Er, Ho, Lu, Tm y Tb no sea más de 5,5% en peso, preferentemente hasta 4% en peso, y

una o más tierras raras y tierras raras pesadas distintas de Y, Nd, Ho, Lu, Tm, Tb, Dy, Gd y Er en una cantidad total de hasta ,5% en peso,

siendo el resto magnesio e impurezas adicionales hasta un total de ,3% en peso.

2. Una aleación según la reivindicación 1, en la que la tierra rara pesada seleccionada es Lu o Tm.

3. Una aleación según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el contenido de Dy es -4% en peso,

preferentemente -,6% en peso.

4. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el contenido de Gd es - 2,5% en peso, preferentemente -2% en peso.

5. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el contenido de Zr es

,1-,8% en peso, y/o el contenido de Al es -1% en peso, y/o el contenido de Zn+Mn es -,4% en peso, y/o el contenido de Se es -5% en peso, y/o el contenido de In es -5% en peso, y/o el contenido de Ca es -1% en peso.

6. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el contenido total de Ho,

Lu, Tm, Tb, Er, Dy y Gd es ,2-9% en peso.

7. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el Yb está presente en una cantidad de -,2% en peso, preferentemente menos de ,1% en peso.

8. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el Sm está presente en una cantidad de -,4% en peso, preferentemente menor o igual que ,2% en peso.

9. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que tiene un contenido de magnesio de por lo menos 85% en peso.

1. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la aleación exhibe una velocidad de corrosión medida según la ASTM B117 de menos de ,1 cm por año (4 mpy).

11. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el porcentaje de área de

cualquier partícula precipitada formada durante el procesado de la aleación que tiene un tamaño medio de partícula de entre 1 y 2 pm es menos de 5%, siendo preferentemente dichas partículas ricas en Nd, tal que las partículas tienen una composición porcentual de Nd mayor que la composición porcentual de cualquier otro elemento en la partícula.

12. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que cuando la aleación está

en el estado T4 o T6 el porcentaje de área de cualquier partícula precipitada que tiene un tamaño medio de partícula de entre 1 y 15 pm es menos de 3%, siendo preferentemente dichas partículas ricas en Nd, tal que las partículas tienen una composición porcentual de Nd mayor que la composición porcentual de cualquier otro elemento en la partícula.

13. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el contenido total de

tierras raras (excluyendo Y y Nd) distintas de Gd, Dy, Ho, Lu, Tm y Tb es menos de 13% del peso total de Gd, Dy, Ho, Lu y Tm.

14. Una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes cuando se forja.

15. Un implante médico que comprende una aleación según una cualquiera de las reivindicaciones 15 precedentes.


 

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