[發明專利]一種Ti-39Nb-6Zr生物醫用多孔鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201510836735.2
• 申請日: 2015-11-26
• 公開（公告）號: CN106801163B
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 宋曉云;惠松驍;葉文君;于洋;劉睿
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/08;A61L27/06;A61L27/56
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

本發明涉及一種Ti?39Nb?6Zr生物醫用多孔鈦合金及其制備方法，屬于生物醫用材料及多孔材料領域。該合金由鈮，鋯和鈦組成，其中鈮39w％，鋯6w％，余量為鈦；鈦合金的孔隙率為19.4％?42.1％。采用真空自耗熔煉方法制備Ti?39Nb?6Zr合金鑄錠，利用旋轉電極霧化法獲得球形粉末顆粒；選用100?150目的合金粉末，添加粘結劑，或碳酸氫銨造孔劑和粘結劑，充分混合，壓制成壓坯；在通氬管式燒結爐中進行壓坯燒結，徹底清除粘結劑，或造孔劑和粘結劑，獲得多孔合金。該合金彈性模量為3.6GPa～12.4GPa，抗拉強度為123.8MPa～347.5MPa，具有彈性模量低和生物相容性好的優點。

技術領域

本發明涉及一種Ti-Nb-Zr低彈性模量多孔鈦合金及其制備方法，具體涉及一種Ti-39Nb-6Zr生物醫用多孔鈦合金及其制備方法，屬于生物醫用材料及多孔材料領域。

背景技術

鈦及鈦合金因具有良好的生物相容性、高強度、耐腐蝕性、低彈性模量等特點，在生物醫療領域得到了越來越多的應用，如人工關節、人工心臟瓣膜、牙種植體等。鈦及鈦合金的彈性模量都比人體骨組織的要高得多，而一旦植入物與骨組織彈性模量不匹配，植入物將會承受大部分的生物應力，使得周圍骨組織難以得到生物應力的刺激作用，長期處于這種環境下的骨組織將會逐漸萎縮與退化，最終造成植入體的松動失效，不能滿足長期的使用要求，造成“應力屏蔽”現象。根據骨的類型和測試方向的不同，人體骨質的彈性模量在4～30GPa之間變化，而一般致密鈦合金的彈性模量基本在50GPa以上。為了避免“應力屏蔽”現象的產生，可以采用多孔結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Ti-39Nb-6Zr生物醫用多孔鈦合金及其制備方法。本發明利用粉末冶金法制備Ti-39Nb-6Zr多孔鈦合金，通過不同制備工藝參數，使材料的彈性模量及強度與人體不同骨質達到一個良好的匹配度。

一種Ti-39Nb-6Zr生物醫用多孔鈦合金，由鈮，鋯和鈦組成，其重量百分含量分別為鈮39％，鋯6％，余量為鈦；所述鈦合金的孔隙率為19.4％-42.1％，彈性模量為3.6GPa～12.4GPa。

一種Ti-39Nb-6Zr生物醫用多孔鈦合金的制備方法，以Ti-39Nb-6Zr鈦合金為原材料，制備多孔鈦合金，包括下列步驟：

(1)采用真空自耗熔煉方法制備Ti-39Nb-6Zr合金鑄錠，利用旋轉電極霧化法獲得球形粉末顆粒；

(2)選用100-150目的合金粉末，添加粘結劑，或碳酸氫銨造孔劑和粘結劑，充分混合，壓制成壓坯；

(3)在通氬管式燒結爐中進行壓坯燒結過程，徹底清除粘結劑，或造孔劑和粘結劑，獲得多孔Ti-39Nb-6Zr合金。

步驟(1)中，以TiNb中間合金、純Ti、純Zr為原材料，通過真空自耗電弧爐3次熔煉得到Ti-39Nb-6Zr合金鑄錠；將Ti-39Nb-6Zr合金鑄錠制成自耗電極，利用旋轉電極霧化法，將其霧化成粒度在90～325目的球形粉末顆粒，利用標準篩篩選出100～150目的粉末。

步驟(2)中，所述的粘結劑為聚乙二醇，添加聚乙二醇粘結劑的質量分數為0.8％；所添加的碳酸氫銨造孔劑的質量分數為0％或5％～15％。

壓制成型過程在超高液壓脹管機上進行，壓坯的壓制壓力為120MPa～160MPa，壓制模具由Cr12模具鋼加工而成。

步驟(3)中，燒結過程在管式燒結爐中完成，氣氛保護為氬氣；燒結溫度為1000℃～1200℃，燒結時間為4h。

燒結時采用分階段式升溫：先升溫至120℃，保溫20-30min，徹底清除碳酸氫銨造孔劑(對于未添加造孔劑的試樣，此步驟可略去)；繼續升溫至250℃，保溫20-30min，去除粘結劑聚乙二醇；繼續升溫至燒結溫度1000～1200℃，燒結時間為4h。升溫速度控制在1～10℃/min。