[發明專利]一種外科植入物用抗細菌感染鍛造鈷基合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310578730.5
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN104651670A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 楊春光;王帥;任玲;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C19/07
• 分類號: C22C19/07;C22F1/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及鈷基合金材料技術領域，具體為一種外科植入物用抗細菌感染鍛造鈷基合金及其制備方法，其具有獨特的抗細菌感染功能，可廣泛應用于各種人工關節、人工骨及骨科內外固定件的制造、齒科修復中的義齒、心血管支架等醫學臨床領域中使用的各類外科植入用鈷基合金醫療器械。

背景技術

醫用鈷基合金由于其良好的耐腐蝕性能、耐磨損性能和抗熱疲勞性能，熱導率高，熱膨脹系數較低，楊氏模量不隨其強度變化而變化，生物相容性好等諸多優點被應用到國防、化工、能源和生物工程等領域。國際ISO醫用鈷基標準中共列出了作為外科植入物材料的5種鈷基合金：可鑄造的鈷鉻鉬（CoCrMo）合金（ISO5832-4），可鍛造的鈷鉻鉬（CoCrMo）合金（ISO5832-12），可鍛造的鈷鉻鎢鎳（CoCrWNi）合金（ISO5832-5），可鍛造的鈷鎳鉻鉬（CoNiCrMo）合金（ISO5832-6），可鍛造的鈷鎳鉻鉬鎢鐵（CoNiCrMoWFe）合金（ISO5832-7），其中可鑄造的鈷鉻鉬（CoCrMo）合金（ISO5832-4）和可鍛造的鈷鎳鉻鉬（CoNiCrMo）合金（ISO5832-6），廣泛用于制作植入物，可鍛造的鈷鉻鎢鎳（CoCrWNi）合金（ISO5832-5）現在也廣泛用于加工心血管支架。

然而，由外科植入醫療器械引發的細菌感染已經成為21世紀醫學領域內亟待解決的重要問題之一。據統計，美國骨科植入物相關感染的年發病率達到4.3％左右。根據世界衛生組織（WHO）頒布的《院內感染防治實用手冊》中的有關數據，每天全世界有超過1400萬人在遭受院內感染的痛苦，其中60％的細菌感染與使用的醫療器械有關。骨科等術后感染會直接造成患者傷口經久不愈，經常會導致手術失敗，甚至導致慢性骨髓炎等并發癥，不僅給患者帶來了巨大的身心痛苦和沉重的經濟負擔，也會對醫院和社會等造成不同程度的負面影響。

因此，研究開發自身具有抗細菌感染功能的鈷基合金新材料，從材料角度上消除或減少相關植入醫療器械引發的細菌感染性疾病具有重要的社會和經濟意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種外科植入物用抗細菌感染鍛造鈷基合金及其制備方法，該鈷基合金能夠顯著降低現有醫療技術中外科植入物用鈷基合金醫療器械使用中引發的細菌感染風險。

本發明的技術方案是：

一種外科植入物用抗細菌感染鍛造鈷基合金，按重量百分比計，該鍛造鈷基合金的化學成分為：Cr：26.5-30.5％；Ni：9.0-11.0％；W：14.0-16.0％；Cu：1.5-4.0％；La或Ce：0.02-0.1％；N：0.05-0.2％；余量為Co，合金中雜質元素含量應符合醫用鍛造鈷基合金國家標準中的相應要求。

在本發明的抗細菌感染用鍛造鈷基合金的成分設計中，銅（Cu）是合金中最重要的合金化元素，應保證在熱處理條件下，富銅相在鈷基合金基體中的均勻彌散析出。當銅含量較低時，即使經過熱處理，鈷基合金基體中也不易析出足夠的富銅相，因而不具備穩定的抗菌性能。當銅含量相對過高時，會導致鈷基合金在高溫下析出相對粗大的富銅相，嚴重影響到鈷基合金的耐腐蝕性能，同時也嚴重影響到合金在加工過程中的熱塑性，因此本發明中的鑄造鈷基合金中的含銅量控制為1.5-4.0wt％。

本發明所提供的鍛造鈷基合金含有稀土元素鑭或鈰，其添加量為0.01-0.1wt%。稀土元素的添加有兩點好處，一是進一步強化鈷基合金的抗菌性能，二是提高氧化膜與基體材料的結合強度以增強耐蝕性能。低于0.01%的稀土添加不能起到上述作用，含量超過0.1%，會由于稀土元素的溶解度局限出現大尺寸的夾雜物，這種夾雜物的存在嚴重降低了鈷基合金的耐點腐蝕性能。

本發明所提供的鑄造鈷基合金中含有氮元素。氮的加入有助于提高合金的強度和耐腐蝕性。而且氮元素在人體內是宏量元素，對人體沒有危害。但過多的氮加入會影響合金的熱成形性能等冶金學因素，含量較低不能起到應有的作用，因此本發明鈷基合金中氮含量控制在0.05-0.2wt%。

本發明所提供的鍛造鈷基合金中的其它元素如Co、Cr、W和Ni等，用于保證該材料良好的力學性能、耐腐蝕性能和耐磨損性能。

本發明外科植入物用抗細菌感染鍛造鈷基合金的制備方法包括如下步驟：

（1）鍛造：合金鑄錠在1150-1250℃均勻化處理2-6小時，開坯，分多火鍛造成初軋坯料，終鍛溫度不低于950℃；

（2）熱軋：初軋坯料在1180℃±40℃溫度保溫2小時開軋，經多道次軋制成所需規格板材；