[發明專利]一種用于植入骨骼的β型鈦合金及其制造方法

在審

• 申請號: 201810356386.8
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108456805A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 周建武
• 申請（專利權）人: 溫州市贏創新材料技術有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;C22F1/18;A61L27/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種用于植入骨骼的β型鈦合金，其特征在于所述合金成分按照重量百分比分別為：Nb：21?22、Mo：10.5?11.5、Zr：5?6、Al：1.1?1.2、Cr：0.8?1.0、Ag：0.7?0.8、Fe：0.2?0.3、Ta：0.4?0.7、Cu 0.15?0.2、V：0.3～0.45、Sn：0.2～0.4、Sc+La：0.05?0.08、O≤0.05、H≤0.01、C≤0.02、N≤0.01％、剩余部分為Ti及不可避免的雜質構成，經熱處理后形成的β型鈦合金中平均結晶粒徑為15?25μm；屈服強度1000?1150MPa，抗拉強度1100?1250MPa，延伸率18?20%，楊氏模量50?70GPa，初生α相體積分數為18?21%，初生α相尺寸為4?6微米，次生α相體積分數為17?19%，次生α相尺寸為0.5?1.5微米。

技術領域

本發明屬于合金領域，特別涉及一種用于植入骨骼的β型鈦合金。

背景技術

鈦合金由于具有較高的強度、較低的彈性模量、良好的生物相容性以及優良的耐腐蝕性能，已經逐漸取代不銹鋼和鈷基合金成為骨骼的替代材料。目前臨床上應用最為廣泛的鈦合金是α+β型Ti-6Al-4V，但該合金在植入人體一定時間以后由于磨損和腐蝕會釋放出具有細胞毒性和神經毒性的Al離子， 引起骨軟化、貧血和神經紊亂等癥狀，此外V也被認為是對生物體有毒的元素； 而且該合金的彈性模量在115GPa左右，仍大大高于人骨的彈性模量(小于40 GPa)。因此，從九十年代開始各國科學家致力于研發生物相容性更好、彈性模量 更低的β鈦合金，而Nb、Ta、Zr、Sn和Mo等無毒元素逐漸成為合金的主要添加元素。

鈦的熔點為 1668℃，具有兩種同素異構晶體，在溫度低于 882℃時呈 hcp 晶格結構，稱為α-Ti；在溫度高于 882℃以上時呈 bcc 晶格結構，稱為β-Ti。利用鈦具有密排六方和體心立方結構的特點，通過添加一定比例的合金元素，改變相變溫度，獲得不同組織成分的鈦合金。根據亞穩定狀態下β穩定元素含量和相組織，把鈦合金分為三大類：α型鈦合金、(α+β)型鈦合金和β型鈦合金，牌號分別為 TA、TC、TB。近β鈦合金、亞穩β鈦合金和穩定β鈦合金統稱為β鈦合金，是應用最廣泛的一類鈦合金。β鈦合金具有最高的比強度，其遠高于高強度鎂合金、鋁合金、高溫合金和高強度結構鋼，高比強度滿足了現代飛機減輕結構質量和提高飛行速度的要求。β鈦合金具有低的彈性模量和導熱系數，其彈性模量只有鋼的二分之一左右，且表現出明顯各向異性，強度與韌性匹配優異。

以鈦合金材料作為植入骨骼的材料已經很普遍，但是如何使這類鈦合金材料具有很好的強度、耐磨性、塑性、生物相容性、低成本一直是研究的目標。 β鈦合金是生物醫學領域用途很廣泛。

通常金屬材料的制造可以是金屬液鑄造、粉末冶金和超塑性成型、3D打印等技術。其中，臨床醫學中應用最多的技術是鑄造，雖然該技術的原理簡單，容易為操作者所掌握，但它的工序繁瑣，而且也難以復合牙齒一類材料的精密、精準制造。3D打印雖然有利于制造精密尺寸的植入人體材料，但是生產成本較高。粉末冶金能夠克服合金元素的偏析，生產成本較低。

發明內容

本發明在傳統鈦合金基礎上，通過成分調整和工藝改進研發出植入骨骼用β型鈦合金及其制造方法，該合金具有優良的力學性能和耐蝕性能，而且避免了對人體健康的損害，結合傳統的燒結工藝匹配特殊的熱處理工藝，控制熱處理后鈦合金組織結構，能夠低成本制造植入骨骼的β型鈦合金，滿足了不同收入水平人群的醫療需要，具有重要的社會和經濟意義。