[發明專利]一種富ω型醫用鋯基合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202111621714.0
• 申請日: 2021-12-28
• 公開（公告）號: CN114277283B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 杜宇雷;劉恩偉;蔡建寧;秦鵬
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;江蘇庫鉑三維科技有限公司
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/02;C22F1/18;A61L27/04
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務所 32305
• 代理人: 李媛媛

本發明涉及一種富ω型醫用鋯基合金及其制備方法。該醫用鋯基合金的成分按重量百分比如下：Nb：8～12％；Ti:3～6％；余量為Zr。其制備步驟為：(1)將包含Nb、Ti和Zr的原材料按成分比例放入熔煉爐內熔煉，在氬氣的保護下進行多次翻轉重熔，得到成分組織均勻的鑄棒；(2)將鑄棒在一定溫度下保溫一段時間，然后進行淬火；(3)將步驟(2)處理后的鑄棒進行多次壓縮塑性變形，每次壓縮塑性變形量為0?15％；(4)對壓縮塑性變形后的鑄棒進行時效處理，然后進行冷卻。本發明可以獲得低磁化率的醫用鋯基合金，并同時保持了合金較低的彈性模量和較高的強度。

技術領域

本發明屬于醫用合金領域，具體涉及一種富ω型醫用鋯基合金及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著醫學水平和生活水平的提高，人們對醫用植入材料的要求越來越高，尤其是目前醫學上常用到的診斷方法—核磁共振對有核磁共振場景應用的醫用植入材料的磁化率提出了更為苛刻的要求。核磁共振的成像速度與成像質量十分依賴于使用的磁場的場強，因此醫用上有必要提高核磁共振使用的場強，然而場強和磁化率的增加都會增加磁化強度，過高的磁化強度會導致核磁共振圖像出現偽影，從而無法獲得有效診斷，此外過高磁化強度還會導致植入體內產生熱量，受磁場力作用植入體發生位移等問題。基于核磁共振提高場強的要求下，需要保證磁化率足夠的低，因此植入體材料需要具有比較低的磁化率以實現高效高質量的核磁共振檢測。

目前最常用的植入性醫療器械金屬材料主要是不銹鋼、鈦與鈦合金、鈷基合金等，其中鈦與鈦合金由于其良好的生物相容性，耐腐蝕性能以及機械性能成為最受青睞的金屬材料。然而，一方面，這些金屬材料的磁化率處于較高水平，達不到核磁共振場景的低磁化率要求。另一方面，這些金屬材料的彈性模量也遠遠高于人體骨骼的彈性模量，高彈性模量的金屬材料承受更大的應力，低彈性模量的人體骨骼則承受更小的應力，會引發“應力屏蔽”效應，導致骨吸收現象出現，以及植入體的松動和脫落引發的植入體失效問題。

鋯和鋯合金具有優異的生物相容性，較低的磁化率與彈性模量，優異的耐腐蝕性能，良好的機械性能。通常，鋯是作為合金元素添加進鈦合金中，以提升鈦合金的性能。鋯合金相比于鈦合金，具有更低的彈性模量和更低的磁化率，目前鋯合金大多采用單一β相的結構。許多學者對鋯合金中的ω相進行了研究，雖發現其相比于β相更低的磁化率，但考慮到ω相的高模量、低塑性而不傾向于含有ω相的鋯基合金，這顯然導致低磁化率鋯基合金研究的不完善。專利(CN108203778A)、專利(CN111676407A)、專利(CN111763852A)、專利(CN110408815A)等一系列設計醫用鋯基合金的專利都未涉及含有ω相的鋯基合金。鋯基合金磁化率的優化最主要是通過成分選擇控制，通過合適的成分范圍，可以較大程度地析出ω相，顯著降低鋯基合金的磁化率。

通過引入ω相所帶來的彈性模量的增加以及力學性能的降低能夠通過增材制造技術以及晶粒細化等方式緩解。專利(CN110408815A)對鋯基合金采用了固溶處理+時效處理，但該方法并未能增加ω相含量，而僅涉及改善力學性能。如果在合適范圍內提高ω相含量，使得磁化率能夠得到進一步的降低，能有效減少進行核磁共振測試時的偽影面積，并保持其楊氏模量合理性不受破壞。因此，基于有效降低現有鋯合金磁化率方式的不足，開發一種保證低彈性模量，高強度的同時，獲得更低磁化率的鋯基合金型具有較大的研究價值。

發明內容

針對現有鋯合金低磁化率技術面的不足，本發明提供一種能顯著降低醫用鋯基合金磁化率的富ω型醫用鋯基合金及其制備方法，作為生物醫用材料，該鋯基合金通過組合途徑析出豐富的ω相，能夠進一步降低磁化率，緩解進行核磁共振(MRI)檢測時出現的大面積偽影以及植入體發熱、移位等問題。

本發明采用如下的技術方案：

一種富ω型醫用鋯基合金，其成分按重量百分比如下：Nb：8～12％；Ti:3～6％；余量為Zr。

優選地，所述醫用鋯基合金的成分按重量百分比如下：Nb：10.6％；Ti:4.4％；余量為Zr。