[發明專利]鋯合金的處理方法及應用

有效

• 申請號: 202010075498.3
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN111118440B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 申宇;俞天白;翁資欣
• 申請（專利權）人: 蘇州微創關節醫療科技有限公司
• 主分類號: C23C8/10
• 分類號: C23C8/10;C23C8/42;C23C8/80;C22C16/00;A61L31/12;A61L31/08;A61L31/02
• 代理公司: 上海思捷知識產權代理有限公司 31295
• 代理人: 王宏婧

本發明屬于醫用植入物材料技術領域，具體涉及一種降低鋯合金表面氧化陶瓷層中鉿元素含量的方法及應用。所述方法包括對鋯合金表層進行若干次氧化和去除表層的循環工藝處理，直至氧化陶瓷層中鉿元素含量為0.3wt％?6wt％，所述氧化和去除表層的循環工藝包括：對表層進行氧化處理，然后去除氧化物表層，露出新的表層。本發明提供的技術方案能夠降低高鉿含量鋯合金表面氧化陶瓷層的鉿氧化物含量，從而解決了高鉿含量鋯合金的表面氧化陶瓷層中的微裂紋的問題，提高了氧化陶瓷層耐磨性、硬度和抗損傷性能，另外，相較于直接使用價格高昂的低鉿含量鋯合金為原材料，在性能相當的情況下，大幅降低了原材料成本，具有更強的市場競爭優勢。

本案是分案申請，原申請的申請號是201910172951.X，申請日2019年3月7日，發明名稱為“鋯合金的處理方法及應用”。

技術領域

本發明屬于醫用植入物材料技術領域，具體涉及一種降低鋯合金表面氧化陶瓷層中鉿元素含量的方法及應用。

背景技術

醫用植入物材料，需要兼具高強度、耐蝕性和組織相容性，部分金屬合金是符合該特征的理想材料，如316L不銹鋼、鈷鉻鉬合金、鈦合金以及近些年被認為最適合于制造承載型和非承載型假體材料的鋯合金。

鋯合金的表面硬度通常較軟，其硬度范圍可在1.5-3Gpa之間，因此其表面很容易被更硬的第三方顆粒造成磨損，因此耐磨性較差。現有的技術通常采用表面氧化或氮化的方法來提高鋯合金表面的硬度，其中表面氧化的原理是在鋯合金上生成氧化物陶瓷表面，氧化鋯的表面硬度可達到約12GPa。其氧化物陶瓷表面的結構模型如圖1所示，表面氧化陶瓷層的厚度通常為5-6μm，在表面氧化陶瓷層與金屬基底的交界處還存在大約1.5-2μm厚的富氧擴散層，這種結構在具有堅硬的陶瓷表面的同時，仍保留了鋯合金基底的良好塑性，因此不僅提高了表面的耐磨性和抗劃傷性，還避免了使用陶瓷材料假體時容易脆裂的風險。

美國專利US2987352和美國專利US3615885中均提到了通過在空氣中加熱鋯合金，從而在鋯合金表面產生氧化陶瓷層的方法。用該方法處理的醫用植入物的表面，耐磨性、抗劃傷性、抗脆裂性均優異，收到了很好的效果。目前實際生產中使用的鋯合金原料購自于核工業中使用的鋯合金原料，進行表面氧化后，能形成顏色為深藍色的表面氧化陶瓷層，質地致密，少裂紋，但是由于原料價格非常高昂，最終產品價格居高不下。

如果用價格低很多的一般工業用鋯合金原料來生產具有表面氧化陶瓷層的醫用植入物時，雖然采用相同的工藝，但最終得到的是顏色灰白的表面氧化陶瓷層。實際操作中發現，這種氧化陶瓷層的致密性和結合強度較差，部分表面氧化物顆粒在制備橫截面樣品的過程中就已經出現剝落，由于剝落的表面氧化物顆粒硬度值非常高，因此，使用該類型的表面氧化陶瓷層，不僅不能提高鋯合金的耐磨性，反而會由于產生了大量剝落的氧化物顆粒，加快磨損的速度，不能用于醫用植入物的制造。

因此，希望找到一種方法，能夠用一般工業用鋯合金原料代替價格高昂的核工業鋯合金原料，在產品的氧化陶瓷層性能滿足需要的前提下，降低成本。

發明內容

本發明人經潛心研究發現，鋯合金氧化陶瓷層的致密性低是由于作為原料的鋯合金中鉿元素含量過高，導致氧化陶瓷層中產生了大量微裂紋。本發明提供了一種降低鋯合金表面鉿含量的方法及應用，用以解決鋯合金氧化陶瓷層微裂紋多、致密性低的問題。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種鋯合金的處理方法，對鋯合金表層進行氧化和去除表層的工藝并重復1-5次，所述氧化和去除表層的工藝包括：對所述鋯合金表層進行氧化處理，然后去除厚度為3-12μm的氧化物表層，露出金屬基底，所述氧化處理的氧化溫度為500℃-700℃，處理時間為0.5h-10h。

可選地，所述鋯合金中的初始鉿元素含量為0.5wt％-8wt％。

可選地，所述氧化處理的氧化溫度為550℃-600℃，處理時間為4-6h。