[發明專利]一種生物醫用β－鈦合金材料

無效

• 申請號: 200710035285.2
• 申請日: 2007-07-05
• 公開（公告）號: CN101081311A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發明（設計）人: 易丹青;楊伏良;肖來榮;王斌;劉會群;鄒利民;彭飛厚;胡建中
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: A61L27/06
• 分類號: A61L27/06;A61L31/02;C22C14/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏勇

屬技術領域

本發明涉及一種鈦合金材料，尤其涉及一種生物醫用β-鈦合金材料。

背景技術

生物醫用材料是材料科學的一個重要分支，是用于診斷、治療或替代人體組織、器官或增進其功能、具有高技術含量和高經濟價值的新型載體材料，是材料科學技術中一個正在發展的新領域。生物醫用材料對于探索人類生命奧秘、保障人類健康長壽做出更大貢獻。近10多年以來，生物醫用材料及制品的市場增長率一直保持在20％-25％左右，預計未來10年-15年內，包括生物醫用材料在內的醫療器械產業將達到醫藥制品市場規模，成為21世紀世界經濟的支柱產業。在生物醫用金屬材料中，鈦及其合金憑借優良的綜合性能，成為人工關節(髖、膝、肩、踝、肘、腕、指關節等)、骨創傷產品(髓內釘、鋼板、螺釘等)、脊柱矯形內固定系統、牙種植體、牙托、牙矯形絲、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫用內植物產品的首選材料。目前，還沒有比鈦合金更好的金屬材料用于臨床。但在醫用鈦合金的開發上，一方面要研發低彈性模量，高耐磨性能、抗腐蝕性能及高斷裂韌性，低裂紋擴展速率、高損傷容限，并具有優良生物相容性的生物醫用鈦合金材料；另一方面合金的組成元素應以注重無毒元素的添加為前提；另外，應努力提高我國生物醫用鈦及其合金加工材的質量水平，走材料研究院所或高等院校、材料生產廠及醫療研究機構、臨床醫學專家聯合開發道路，集材料研制、生物相容性試驗、臨床醫學驗證于一體，加速開發有廣闊應用前景的新型生物醫用鈦合金材料。

發明內容

本發明所要解決的技術方案是提供一種能提高材料強度、耐磨性和抗蝕性，降低材料彈性模量，保持材料良好加工成形性能的生物醫用β-鈦合金材料，使鈦合金材料具有優良的綜合使用性能。

本發明提供的生物醫用β-鈦合金材料，其合金成分范圍以質量百分比計為：Ti-Nb(25％～30％)-Zr(1％～5％)-Fe(0.2％～1％)-Ta(10％～15％)。

其制備工藝流程為：配料、高真空電弧熔煉加多次攪拌、澆鑄、測相變點、真空加氬氣保護均勻化、冷軋、固溶、水淬、人工時效、水冷、性能測試(拉伸、顯微組織觀察、X射線物相結構分析)。

β-鈦合金具有與人骨近似的彈性模量、優異的生物相容性及在生物環境下優良的耐蝕性等，近年來在臨床上得到了越來越廣泛的應用，促進了鈦合金的研究與發展。在合金成分的元素選擇時，考慮到醫用材料必需具備生物化學相容性和生物力學相容性。生物化學相容性是指材料必須沒有細胞毒性、組織刺激性、遺傳毒性、致癌性，不會導致免疫反應、過敏反應等；力學相容性是指材料的力學特性接近修復部的特性，即使長期使用其功能也不發生變化。除此之外，在元素選擇時還應注意選用β穩定元素。本發明中，Ti、Nb、Zr、Fe是無毒元素或低細胞毒性元素，生物相容性好，均可在不同程度上改變合金的力學性能與耐磨性能；Nb、Ta是β同晶元素，能與β鈦無限互溶；Fe是β慢共析元素，在β鈦中的溶解度大于在α鈦中的溶解度，在一般冷卻速度下能夠將β相保存到室溫，并對合金產生固溶強化作用。

本發明提出的新型β-鈦合金生物醫用材料，是在傳統的生物醫用材料的基礎上，添加適量生物相容性好的低毒或無毒性元素及β穩定元素，從而提高材料綜合性能，滿足生物醫用使用要求。

本發明的β-鈦合金采用高真空電弧熔煉加多次攪拌、澆鑄、測相變點、真空加氬氣保護均勻化、冷軋、固溶、水淬、人工時效、水冷后，將材料加工成2mm厚的板材，制備出具有優良綜合性能的β鈦合金生物醫用材料。

材料性能指標分別如下：

彈性模量(GPa)：40-60；斷裂強度：600-910；屈服強度(MPa)：480-650；伸長率(％)：14-18；斷面收縮率(％)：40-52。

綜上所述，本發明是一種能提高材料強度、耐磨性和抗蝕性，降低材料彈性模量，保持材料良好加工成形性能的生物醫用β-鈦合金材料，使鈦合金材料具有優良的綜合使用性能。其生產工藝簡單可靠。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：

A)合金制備

Ti-25Nb-5?Zr-0.2Fe-15Ta合金，Ti、Nb、Zr、Fe、Ta純金屬按合金成分質量百分比配料，在高真空電弧加熱爐中熔煉，充分攪拌，澆鑄成100×60×20mm錠坯，充分冷卻后取樣經DTA分析合金固液相溫度，在真空爐內進行均勻化退火(加Ar氣保護)，均勻化溫度為1000℃，時間為10h。

B)冷軋成形