[發(fā)明專利]一種用于生物材料的Co基塊體非晶態(tài)合金及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN107287534B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李強(qiáng);周澤巖
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆大學(xué)
• 主分類號: C22C45/04
• 分類號: C22C45/04;C22C1/02
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本發(fā)明公開了一種用于生物材料的Co基塊體非晶態(tài)合金及其制備方法。其制備過程如下：精確稱量后，在高純氬氣的保護(hù)氣下用火槍制成合金，再通過B₂O₃介質(zhì)在高溫爐中對合金長時間的提純后對J形石英管抽真空。用高溫火槍使合金熔化后，向石英試管中通入1.5×10⁵ Pa氬氣，將位于J形石英試管的上部粗石英試管的合金溶液吹入下部細(xì)石英試管部分，并在1300 ^oC的高溫爐內(nèi)保溫1分鐘，然后迅速取出石英管插入水中，形成最大直徑為1.5 mm的棒狀Co₆₀Cr₁₀Mo₁₀P₁₄B₆塊體非晶態(tài)合金。測試結(jié)果顯示，相比于醫(yī)用CoCrMo生物合金，本發(fā)明制備出的Co₆₀Cr₁₀Mo₁₀P₁₄B₆塊體非晶態(tài)合金具有更優(yōu)的抗蝕性和生物兼容性，因而可用于生物移植材料的連接件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于塊體非晶態(tài)合金及其制備的技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用氧化物凈化技術(shù)以及石英試管吹鑄技術(shù)進(jìn)行非晶態(tài)合金的制備，以及用于生物材料的Co基塊體非晶態(tài)合金的制備及其性能研究。

背景技術(shù)

非晶態(tài)合金的微觀結(jié)構(gòu)中原子排列不具備長程有序，故與傳統(tǒng)的晶態(tài)合金材料相比，表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能，如優(yōu)異的機(jī)械性能和磁性能，極強(qiáng)的抗腐蝕性，以及特有的光電特性等等，這使得非晶態(tài)合金展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。自上世紀(jì)60年代以來，一直是新型材料研究的熱點(diǎn)之一。在過去的二十年里，經(jīng)過眾多學(xué)者的艱辛探索，塊體非晶態(tài)合金的制備研究取得了許多重大的進(jìn)展。大量具有較大玻璃化形成能力（GFA，Glass FormationAbility）的Pd基，Zr基，La基，Mg基，Cu基，Ti基和Fe基等多組元塊體非晶態(tài)合金系統(tǒng)已被發(fā)現(xiàn)，它們的臨界尺寸從幾毫米至上百毫米不等。這些塊體非晶態(tài)合金展現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能，成為目前材料研究中最活躍的領(lǐng)域之一，一些優(yōu)秀的評論也對這方面的研究進(jìn)行了總結(jié)，參閱2004年Mater. Sci. Eng. R: Rep第44卷第45-47頁。

1992年，Inoue等人用銅模鑄造技術(shù)制備出臨界尺寸達(dá)7 mm的Mg₆₅Cu₂₅Y₁₀塊狀非晶態(tài)合金樣品。其主要由熔煉母合金的缸套與活塞，施加高壓的水壓機(jī)，耐高壓的鑄造銅模，以及能夠在澆注之前迅速除去坩堝和銅模中氣體的抽氣系統(tǒng)組成。通過銅模的快速傳遞熱量，來提高其冷卻速度。參閱1992年Mater. Trans. JIM第33卷第938頁。

Inoue等人發(fā)明的銅模鑄造技術(shù)是目前國際上制備塊體非晶態(tài)合金的主流方法。然而，這種方法存在一些弊端。該技術(shù)中使用的容器是銅模，雖然銅有大的熱傳導(dǎo)系數(shù)，使樣品獲得較大的冷速，但晶態(tài)的銅會成為潛在的非均勻形核位置，這對于非晶態(tài)合金的制備是不利的，在銅模鑄造技術(shù)中，結(jié)晶經(jīng)常從熔融合金與銅模接觸的地方開始，就應(yīng)證了這一點(diǎn)。因此，在本發(fā)明中，我們利用惰性的特制石英試管來代替銅模。相比于銅模，惰性的石英試管不是有效的非均勻形核位置，這對制備非晶態(tài)合金是有利的。

生物醫(yī)用材料是指具有特殊性能和特種功能，用于人工器官置換、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、檢查、治療疾病等醫(yī)療、保健領(lǐng)域，對人體組織、血液不會產(chǎn)生不良影響的材料。常用的醫(yī)用生物合金材料主要包括四類：316不銹鋼，Ti合金，CoCrMo合金和其他類合金材料（包括Ni-Ti形狀記憶合金，可降解的Mg基和Ca基合金）。其中，CoCrMo合金具有相對高的密度（8.9 g.cm^-3)、高的硬度（300-400維氏硬度）、高的極限強(qiáng)度（655-1300 GPa）和高的彈性模量(210-253 GPa)，同時展現(xiàn)了優(yōu)異的抗腐蝕性能和抗磨損性能，被廣泛用于人工器官，主要包括：起搏器、心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、骨板、骨螺釘、縫線、牙種植體，以及藥物和生物活性物質(zhì)控釋載體等。