[發明專利]一種無鎳低銅鋯基塊體非晶合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201210030624.9
• 申請日: 2012-02-12
• 公開（公告）號: CN102534439A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 張濤;周琨;張磊磊;逄淑杰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及一種塊體非晶合金材料，更具體地說，涉及是一種無鎳低銅鋯基塊體非晶合金及其制備方法。

背景技術

醫用金屬材料是生物醫用材料的一個重要分支，廣泛地應用于生物植入以修復或替代受損的生物組織。目前常用的醫用金屬材料有：鈦及鈦合金、鈷鉻合金、醫用不銹鋼等。但是，這些材料作為植入材料，尤其是骨科植入材料使用時，仍然面臨著由于材料彈性模量過高引起的應力遮蔽效應，由于磨損產物引起的顆粒性疾病，由于腐蝕、疲勞引起的失效問題。鋯基非晶合金具有低彈性模量、高強度、高硬度、高斷裂韌性和優異的耐腐蝕性能，因而受到人們廣泛的關注和研究，尤其是在結構材料和生物材料領域的應用。鋯基非晶合金在模擬人體溶液中具有與傳統生物材料相當的極化阻力，具有很高的耐腐蝕性與良好的生物相容性。另外，鋯基非晶合金還具有高的彈性極限和較低的彈性模量，如彈性極限為2％左右(醫用不銹鋼僅為0.3％)，彈性模量為70～100GPa(鈦及鈦合金為110～125GPa，醫用316L不銹鋼為200GPa)，比目前常用的醫用金屬材料更接近自然骨(自然骨的彈性極限約為1％，彈性模量為20～40GPa)，這使得鋯基非晶合金在人工關節，股骨頭支撐體及牙科種植體等生物醫用方面具有廣闊的應用前景。

然而，許多具有高非晶形成能力的鋯基非晶合金(如Zr-Al-Ni-Cu和Zr-Ti-Cu-Ni-Be非晶合金的形成能力分別達到了30mm和14mm)都含有對人體毒性較大的鎳、銅或鈹元素。在使用過程中由于腐蝕溶出除了會對人體產生過敏反應外，還存在著致畸、致癌的危險性，嚴重威脅人體健康。許多國家對日用和醫用金屬材料中鎳含量的限制越來越嚴格，標準文件中所允許的最高鎳含量也越來越少。此外，目前開發的具有高非晶形成能力的鋯基非晶合金的銅含量大多在20at.％以上，有研究表明，高銅含量的合金在腐蝕作用下會析出高濃度的銅離子，具有潛在的生物毒性。因此，開發具有高形成能力的無鎳低銅含量的鋯基非晶合金對拓展其生物醫用領域的應用具有重要的意義。

發明內容

本發明技術解決問題：為了降低鋯基非晶合金的生物毒性，以及提高合金的非晶形成能力，提供一種Zr-Ti-Nb-Al-Fe-Cu-Ag-Pd塊體非晶合金，利用相似相異元素共存原則，通過在Zr-Al-Fe系非晶合金中采用相似元素Ti、Nb來替代Zr，相似元素Cu、Ag、Pd來替代Fe，以此來提高鋯基合金的非晶形成能力；同時不含有鎳元素，并把銅元素含量控制在15％以下，以提高鋯基非晶合金的生物相容性。

本發明技術解決方案：一種無鎳低銅鋯基塊體非晶合金，所述合金組成成分為原子百分比：Zr_aTi_bNb_cAl_dFe_eCu_fAg_gPd_h，其中a：60％～70％、b：1％～2.5％、c：0％～2.5％、d：7.5％～12.5％、e：5％～15％、f：5％～15％、g：0％～10％、h：0％～10％。

所述合金Zr_aTi_bNb_cAl_dFe_eCu_fAg_gPd_h組成成分為原子百分比為：a：60％～65％、b：1％～2.5％、c：0％～1％、d：7.5％～10％、e：7.5％～12.5％、f：7.5％～12.5％、g：2.5％～10％、h：2.5％～10％。其具有高的形成能力，非晶合金的臨界形成尺寸大于5mm。

所述非晶合金臨界尺寸為1.5-14mm。

所述合金具有1520MPa～1780MPa的壓縮屈服強度，彈性模量74GPa～88GPa，同時最大塑性變形量達到15％。

所述鋯(Zr)的質量百分比純度為99.8％；鈦(Ti)的質量百分比純度為99.99％；鈮(Nb)的質量百分比純度為99.9％；銅(Cu)的質量百分比純度為99.98％；鐵(Fe)的質量百分比純度為99.8％；鋁(Al)的質量百分比純度為99.9％；銀(Ag)的質量百分比純度為99.9％；鈀(Pd)的質量百分比純度為99.95％。

一種無鎳低銅鋯基塊體非晶合金的制備方法，步驟如下：

步驟一：按照上述配料