[發(fā)明專利]一種低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711418559.6
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108149071A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟慶坤;霍宇飛;隋艷偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發(fā)明提供了一種低磁化率β型Zr?Nb?Ta系合金，該合金的重量百分比組成為：鈮10％，鉭10％～20％，余量為鋯和不可避免的雜質(zhì)且鋯的重量百分比>50％，其中鉭的重量百分比最好為15％。該合金與天然骨骼的彈性模量更匹配，且磁化率更低。本發(fā)明還提供了該β型Zr?Nb?Ta系合金的制備方法，將鈮的含量設(shè)置在α→β相轉(zhuǎn)變的臨界點，在此基礎(chǔ)上再加入鉭作為合金化元素，可在室溫下獲得亞穩(wěn)的β?Zr，同時產(chǎn)生固溶強化作用，提高合金的強度而不影響合金的塑形和加工性能，而且可以增強合金的耐腐蝕性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金領(lǐng)域，尤其涉及一種低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦及其合金在生物醫(yī)用植入材料上得到了廣泛的應用，尤以β-鈦合金的應用最為廣泛。但是，β-鈦合金彈性模量與天然的人體骨骼的彈性模量不夠匹配，容易引起應力屏蔽效應，導致植體周圍出現(xiàn)骨吸收，引起植體松動或斷裂等現(xiàn)象，不利于骨骼愈合和植入體的長期穩(wěn)定，對人體容易造成損傷。此外，金屬材料在強磁場下會產(chǎn)生磁場擾動，磁場擾動的大小與植入金屬材料的磁化率成正相關(guān)，當人體植入金屬材料后，在使用核磁共振成像技術(shù)進行診斷時，由于磁場擾動導致核磁共振的成像失真，降低了診斷結(jié)果的準確性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服β-鈦合金彈性模量與天然人體骨骼彈性模量不夠匹配及高磁化率人體植入材料影響核磁共振成像診斷準確性的問題，本發(fā)明提供了一種低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金，該合金的重量百分比組成為：鈮10％，鉭10％～20％，余量為鋯和不可避免的雜質(zhì)且鋯的重量百分比>50％，其中鉭的重量百分比最好為15％，該合金與β-鈦合金相比與天然骨骼的彈性模量更匹配，且磁化率更低。本發(fā)明還提供了一種低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金的制備方法，以純度超過99.0wt％的海綿鋯、鈮塊和鉭塊為原材料使用水冷銅坩堝非自耗真空電弧熔煉爐進行熔煉而成，其中鋯作為合金基體，鈮和鉭作為合金化元素，用于調(diào)節(jié)合金性能。將鈮的含量設(shè)置在α→β相轉(zhuǎn)變的臨界點，在此基礎(chǔ)上再加入鉭作為合金化元素，可在室溫下獲得亞穩(wěn)的β-Zr，同時產(chǎn)生固溶強化作用，提高合金的強度而不影響合金的塑形和加工性能，而且可以增強合金的耐腐蝕性能。本發(fā)明還提供了一種使用該β型Zr-Nb-Ta系合金制作人體植入物，使用這種合金制作的人工骨骼、骨骼固定夾與天然的人體骨骼的彈性模量更匹配，降低了應力屏蔽效應，克服了β-鈦合金人工植入物導致的植體周圍出現(xiàn)骨吸收引起植體松動或斷裂，不利于骨骼愈合和植入體的長期穩(wěn)定，對人體容易造成損傷等問題。使用該β型Zr-Nb-Ta系合金制作的人工骨骼、骨骼固定夾、臟器瓣膜、血管擴張器等由于β型Zr-Nb-Ta系合金具有更低的磁化率，提高了當人體植入金屬材料制的植入物后，在使用核磁共振成像技術(shù)進行診斷時，由于金屬材料的磁場擾動導致核磁共振的成像失真降低診斷結(jié)果準確性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金，該合金的重量百分比組成為：鈮10％，鉭10％～20％，余量為鋯和不可避免的雜質(zhì)且鋯的重量百分比>50％。

優(yōu)選的，鉭的重量百分比為15％。

一種人體植入物，制作該人體植入物的材料包括β型Zr-Nb-Ta系合金，β型Zr-Nb-Ta系合金重量百分比組成為：鈮10％，鉭10％～20％，余量為鋯和不可避免的雜質(zhì)且鋯的重量百分比>50％。

優(yōu)選的，制作人體植入物的型Zr-Nb-Ta系合金中，鉭的重量百分比15％。

優(yōu)選的，人體植入物為髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨、骨骼固定夾、腎瓣膜、心瓣膜或血管擴張器。

一種低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金的制備方法，包括步驟：