[發明專利]一種含銅抗菌生物醫用β型鈦合金板材的制備方法

有效

• 申請號: 201810121091.2
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108285991B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 徐麗娟;肖樹龍;彭超;田竟;陳玉勇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;C22F1/18
• 代理公司: 23109 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 賈澤純<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種含銅抗菌生物醫用β型鈦合金板材的制備方法，它涉及一種β型鈦合金板材的制備方法。本發明是要解決現有的β型鈦合金板材強度較低、彈性模量高以及無抗菌能力的技術問題。本發明：一、處理原料；二、熔煉；三、熱處理；四、軋制。本發明既能保證材料擁有足夠強度的同時降低合金的彈性模量，通過加入適量的Cu元素來顯著改善材料的抗菌性能，能夠完全滿足生物醫用金屬材料的要求。

技術領域

本發明涉及一種β型鈦合金板材的制備方法。

背景技術

鈦和鈦合金具有比強度高、無毒性、耐腐蝕、生物相容性好以及良好的加工成形性等優點，因此被廣泛應用在各類生物醫用材料中。醫用鈦合金的發展大致分為3個階段：以純鈦和Ti-6Al-4V合金為代表的第一階段，以Ti-5Al-2.5Fe和Ti-6Al-7Nb等新型(α+β)合金為代表的第二階段，具備更好生物相容性和更優良力學性能的新型β型鈦合金為代表的第三階段。

通過添加Mo、Nb、Zr、Ta、Sn、Fe等生物相容好的β相穩定元素，可以得到擁有較低彈性模量、良好生物相容性和優異的力學性能的β型鈦合金，國內外已經相繼開發出一系列β型生物醫用鈦合金，其中包括Ti-Mo基和Ti-Nb基等合金體系。但是鈦及鈦合金作為生物材料，本身無抗菌性，細菌容易在表面粘附，即使手術中嚴格進行無菌操作，術后抗生素預防性應用依然不能降低鈦及鈦合金種植體細菌感染的發病率。據研究，Ag⁺為已知的殺菌能力最強的金屬離子，加入很少量的Ag(一般為0.04％～0.1％)就可以使合金具有很強的抗菌能力。但是Ag的化學性質活潑，光照時極易發生表面鈍化而且其價格較貴，難以普及。Cu²⁺殺菌能力雖然要弱于Ag⁺，但是從數值上來說其殺菌能力也很強。有研究表明含Cu的抗菌不銹鋼對枯草桿菌、白色念珠菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿的抗菌率分別為80％、99.1％、99.2％和99.9％以上。因此與Ag相比，添加Cu元素具有更高的實用性。

如何使本身不具備抗菌能力的金屬材料具有抗菌特性目前主要有兩種方式：一是在合金表面制備涂層，使其具有抗菌性；另一種是采用熔煉的方法制備抗菌鈦合金，此外還有如粉末冶金等方法。而熔煉法制備的抗菌合金對大多數細菌都具有有效的抗菌性，不像有機抗菌涂層會因為抗生素的種類而存在一定的限制。并且抗菌合金整體具有抗菌性，不會因磨損而造成失效。因此采用熔煉法制備抗菌合金具有更高的研究意義。

發明內容

本發明是要解決現有的β型鈦合金板材強度較低、彈性模量高以及無抗菌能力的技術問題，而提供一種含銅抗菌生物醫用β型鈦合金板材的制備方法。

本發明的含銅抗菌生物醫用β型鈦合金板材的制備方法是按以下步驟進行的：

一、將鈦棒、鉬片、鈮片和銅條用機械方法去除氧化皮，在酒精中用超聲波清洗機清洗，吹干；

二、將經過步驟一清洗后的鈦棒、鉬片、鈮片和銅條作為合金原料；將合金原料放入干燥箱中預熱10min～20min，預熱溫度為50℃～100℃；把鋼模具放在熱處理爐中預熱1h～1.5h，預熱溫度為200℃～300℃；將預熱好的合金原料中的鈦棒、鉬片和鈮片放置于水冷銅坩堝真空感應熔煉設備的銅坩堝內，將預熱好的合金原料中的銅條放置在二次加料斗內，隨后向水冷銅坩堝真空感應熔煉設備中放置澆注用的預熱過的鋼模具，將爐內真空抽至真空度為5×10^-2Pa以下，然后加載功率至70kW～90kW；當銅坩堝內原料全部熔化后保溫5min～10min，再向銅坩堝中加入銅條，當銅坩堝內原料全部熔化后保溫5min～10min，將銅坩堝翻轉使得鈦合金熔體傾倒入鋼模具中，待冷卻水的水溫為20℃～25℃時開啟爐膛取出鑄錠，獲得鑄態下的合金材料；所述的合金原料按質量百分比是按以下成分組成：11％～20％的Mo、0％～10％的Nb、1％～10％的Cu、余量為Ti；

三、熱處理：將步驟三制備的鑄態下的合金材料在溫度為1000℃的條件下退火12h～24h，然后空冷，得到鑄錠；

四、軋制：