[發明專利]低相變溫度鈦鋯鈮鉭形狀記憶合金、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810334688.5
• 申請日: 2018-04-15
• 公開（公告）號: CN108517441B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 李啟泉;畢衍澤
• 申請（專利權）人: 煙臺浩憶生物科技有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;C22F1/18;B21C37/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發明提供一種具有低相變溫度的新型鈦鋯鈮鉭形狀記憶合金，所述鈦鋯鈮鉭形狀記憶合金的各成分按照原子百分比由15％?25％的鋯、11％?15％的鈮、4.5?10％的鉭和余量的鈦組成，并且上述各成分的含量之和為100％。逆馬氏體相變溫度位于0?45℃之間，最大形狀記憶效應為3.9％，并通過一定熱機械處理得到形狀記憶效應大、生物相容性良好的合金產品。利用本發明提供低相變溫度合金材料，利用先進機械加工技術制備一種典型醫用騎縫釘產品，實現在人體醫用骨科植入中的應用，進而可推廣其制備接骨器、血管支架、騎縫釘以及諸多人體植入醫療器械領域產品。

技術領域：

本發明屬于形狀記憶合金技術領域，設計制備成分為Ti-(18～25)Zr-(11～13)Nb-(4.5～6)Ta具有低相變溫度的新型四元形狀記憶合金，并利用該新型合金制備人體醫用騎縫釘產品。

背景技術

形狀記憶合金由于其獨特的形狀記憶效應在航空航天、生物醫學以及生活民用等領域得到了廣泛的應用，尤其是近年來隨著人體醫用骨科植入器械的快速研發，形狀記憶合金憑借其獨特的功能特性及力學性能而在血管支架、骨科植入物應用方面快速發展。形狀記憶效應作為形狀記憶合金獨有的功能特性，其產生原因來自于低溫馬氏體相與高溫母相間的可逆轉變，因此相變溫度對于形狀記憶合金能否在工況條件下發揮功能特性起到決定性作用。傳統二元鎳鈦合金具有優良的可逆相變特性，然而由于相變溫度普遍低于人體溫度，需要對合金成分及熱機械處理過程進行嚴格控制從而實現在人體醫學方面的應用。而且研究中發現合金中Ni離子的溶出會對人體造成一定毒性，因此在獲得合金低相變溫度的研究目標下尋求一種生物安全的無鎳形狀記憶合金成為目前的研究熱點。Cu基形狀記憶合金(如Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Mn等)及Fe基形狀記憶合金具有一定相變穩定性而在交通運輸、機械制造等領域中得到使用，但該系列合金記憶效應小，且生物安全性無法滿足人體使用要求。因此有必要在突破現有材料的基礎上尋求一種生產及制備過程簡單，相變溫度接近于人體安全使用溫度(0-50℃)，形狀記憶效應良好的新型無鎳形狀記憶合金。

近年來無鎳形狀記憶合金研究領域中，Ti-Zr基形狀記憶合金具有良好的形狀記憶效應(形狀回復大小高于4％)、可調相變溫度范圍(100-500℃)以及低彈模等性能特點，從而受到了廣泛關注。申請號為CN201210159967的專利申請文件中提供了一種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，由10～40at.％的鋯、5～20at.％的鈮、0.1～10at.％的鐵和余量的鈦組成，其最大室溫超彈性為3.1％，最大形狀記憶效應為4.1％；申請號為CN201410282727.3的專利中提出一種成分為Ti-20Zr-10Nb-(2～4)Ta合金，其逆馬氏體相變峰值溫度為97～130℃，遠低于Ti-20Zr-10Nb的550℃；具有寬溫域(-196～135℃)超彈性，其最大室溫超彈性為4.9％，最大形狀記憶效應3.34％。而在該類專利中所提供形狀記憶合金均無法滿足0-50℃人體使用環境下的相變特性要求。

文獻“Two-way shape memory effect in a Ti-Zr-Nb-Ta high temperatureshape memory alloy”提供一種成分為Ti-18.5Zr-10Nb-3.5Ta合金，其最大形狀記憶效應為3.8％，逆馬氏體相變溫度As為191℃，但其仍然遠高于人體安全使用溫度。

發明內容

本發明的第一方面是提供一種具有低相變溫度的鈦鋯鈮鉭形狀記憶合金，所述鈦鋯鈮鉭形狀記憶合金的各成分按照原子百分比由15％-25％的鋯、11％-15％的鈮、4.5-10％的鉭和余量的鈦組成，并且上述各成分的含量之和為100％。

在一個實施方案中，所述鈦鋯鈮鉭形狀記憶合金的各成分按照原子百分比由18％-23％的鋯、11％-13％的鈮、4.5-6％的鉭和余量的鈦組成，并且上述各成分的含量之和為100％。