[發明專利]一種用于固定人體骨骼的鈷基合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201810202176.3
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108277394A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 王甲林
• 申請（專利權）人: 王甲林
• 主分類號: C22C19/07
• 分類號: C22C19/07;C22C1/03;C22C1/04;B22F9/08;B22F3/10;B22F3/24
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一種用于固定人體骨骼的鈷基合金，其特征在于：按重量百分比計，該鈷基合金的化學成分為：Cr：22.5?24.5％、Ni：7?8％、W：11?12％、Mo：3?4％、Ta：0.5％～1.5％、Si：0.1％～0.8％、Mn：0.1％～0.5％、Nb：0.1％～0.5％、Cu：1.0?2.0％、N：0.1?0.2％、Sc+La+Ce：0.01?0.08％、余量為Co和不可避免的雜質元素。本發明的鈷基合金，其屈服強度≥710MPa，抗拉強度≥820MPa，伸長率≥20％，殺菌率≥93.8％，明顯高于其他缺少合金元素的產品，明顯高于并未進行霧化制粉的產品，明顯高于沒有進行表面涂覆處理的同類產品。

技術領域

本發明屬于合金領域，特別提供一種用于固定人體骨骼的鈷基合金。

背景技術

鈷基合金具有良好的耐腐蝕性能，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，因而被廣泛應用于國防、化工、能源和生物工程等領域，其還可以作為醫用金屬材料領域。作為醫用金屬材料，鈷基合金主要用于各種人工關節、人工骨及骨科內外固定件的制造、齒科修復中的義齒、固定橋，還可用于心血管外科和整形外科等。

鈷基合金具有優良的力學性能，耐磨損性能和生物相容性，在金屬骸關節植入材料中得到了普遍的使用。研究表明鈷基合金具有優良的耐磨性能，本實驗室研究認為固溶引起的FCC鈷基體固溶強化和適當的碳化物分布可以顯著提高合金的耐磨損性能，為其在生產制造過程中選擇合適的熱處理工藝從而提高其耐磨損性能提供了理論依據。

醫用鈷基合金材料也稱為鈷一鉻合金，分為兩種基本類型:一類是鈷鉻鋁(CoCMro)合金，另一類是鈷鎳鉻鋁(CoNICrMo)合金。鈷鉻鋁(CoCMro)合金在牙科應用已經有幾十年的歷史了，醫用鈷基合金是以鈷和鉻為基本成份所形成的固溶體，一般含有鉻、鎳、鋁和鎢等合金元素，其組織通常為奧氏體基體和碳化物強化相。合金中含有較多的鉻，它能夠在合金表面形成致密的氧化層，極大的提高合金的耐腐蝕性能，同時鉻元素還能形成碳化物，合金中鎳元素起穩定奧氏體相的作用，并且可以提高合金加工性能，鎢起到固溶強化的作用，合金中加鋁元素固溶在基體中可以細化晶粒，鋁的原子半徑比鈷大，固溶在鈷基體中能夠成為位錯流動的壁障，這樣合金經鑄造或鍛造可以達到更高的強度，合金含碳量一般都控制在0.35wt.％以下，碳化物具有較高的硬度，使基體的強度得到進一步的提高，同時可以提高合金的耐磨損性能。合金中的碳化物與基體形成共晶結構，一般是以M23C6(M＝Co，Cr，Mo)的形式出現。

醫用鈷基合金具有良好的耐腐蝕性能、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。作為植入材料，其力學性能與骨相差較大，這將影響其植入效果。國際ISO醫用鈷基標準中共列出了作為外科植入材料的5種鈷基合金，可鑄造的鈷鉻鉬(CoCrMo)合金，可鍛造的鈷鉻鉬(CoCrMo)合金，可鍛造的鈷鉻鎢鎳(CoCrWNi)合金，可鍛造的鈷鎳鉻鉬(CoNiCrMo)合金，可鍛造的鈷鎳鉻鉬鎢鐵(CoNiCrMoWFe)合金，其中可鑄造的鈷鉻鉬(CoCrMo)合金和可鍛造的鈷鎳鉻鉬(CoNiCrMo)合金，廣泛用于制作植入體，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。

在醫用鈷基合金的發展過程中，合金的選擇與設計和工業領域用鈷基合金密不可分，目前醫院實際使用的大多數醫用鈷基合金都直接來自工業領域，其合金成分和加工工藝等都和工業用鈷基合金接近，在重視材料性能的同時很少考慮生物安全性等問題。同時鈷是一種重要戰略資源，世界上大多數國家缺鈷，導致鈷的價格昂貴，鈷基合金成本一直居高不下。

發明內容

本發明在傳統鈷鉻鉬合金基礎上，通過降低鈷和鉻的含量，加入適量合金元素，同時加入氮元素來優化力學性能和耐蝕性能，研發出一種用于固定人體骨骼的鈷基合金，該合金具有優良的力學性能和耐蝕性能，在確保生物相容性的基礎上，降低了合金的成本，并具有優良的強韌性組合和冷熱加工性能，具有重要的社會和經濟意義。