提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法及β型钛合金技术

本发明专利技术公开一种提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法，涉及合金加工技术领域，在于铸造Ti‑Nb‑Sn‑Zr‑Mo钛合金硬度较小，在作为关节替代材料植入时会由于耐磨性不好而产生磨屑的问题而提出的，包括以下步骤：(1)将铸造Ti‑Nb‑Sn‑Zr‑Mo钛合金样板放置在真空管式炉中，并通惰性气体保护；(2)将管式炉的温度升温至730‑850℃，保温；(3)关闭管式炉让钛合金样板随炉冷却至室温；(4)重新打开管式炉，并通氩气保护，升温至400‑480℃并保温；(5)关闭管式炉，并将钛合金样板取出并置于空气中冷却；本发明专利技术还提供由上述方法处理后的β型钛合金，本发明专利技术的有益效果在于：通过本发明专利技术的热处理方法可以使β型Ti‑Nb‑Sn‑Zr‑Mo钛合金表面的硬度提高81％，且能提高成骨细胞的黏附及骨向分化。

Methods for Improving Hardness and Biocompatibility of Beta-type Titanium Alloys and Beta-type Titanium Alloys

The invention discloses a method for improving the hardness and biocompatibility of Beta-type titanium alloy, which relates to the field of alloy processing technology. The hardness of casting Ti Nb Sn Zr Mo titanium alloy is small, and the problem of wear debris caused by poor wear resistance when it is implanted as a joint substitute material is put forward, including the following steps: (1) placing the cast Ti Nb Sn Zr Mo titanium alloy template in the true place. In the empty tube furnace, the inert gas is protected; (2) the temperature of the tubular furnace is raised to 730 850 for thermal insulation; (3) the titanium alloy sample plate is cooled with the furnace to room temperature by closing the tubular furnace; (4) the tubular furnace is reopened and protected by argon gas, and the temperature is raised to 400 480 for thermal insulation; (5) the tubular furnace is closed and the titanium alloy sample plate is taken out and cooled in the air; The invention also provides the above. The beneficial effect of the present invention is that the hardness of the surface of the Beta-type Ti_Nb_Sn_Zr_Mo titanium alloy can be increased by 81% by the heat treatment method of the present invention, and the adhesion of osteoblasts and osteogenic differentiation can be improved.

【技术实现步骤摘要】
提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法及β型钛合金
本专利技术涉及合金加工
，具体涉及一种提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法。
技术介绍
目前临床上应用最广泛的纯钛由于和自然骨相比具有较大的弹性模量，因而植入人体后将承受更大的应力作用，而骨由于长期不能受到力的刺激而不利于新骨的形成与生长，这种现象称为应力屏蔽效应。为了尽量的避免应力屏蔽效应的发生，生物材料研究者们近年来不断的开发新型的β型钛合金去替代临床上医用的纯钛，因为β型钛合金具有更小的更接近骨的弹性模量，因而能更好的避免应力屏蔽效应的发生。基于上述研究背景，一种新型的β型钛合金Ti-Nb-Sn-Zr-Mo被开发出来，并受到研究者们的广泛关注。然而，由于铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金硬度往往较小，在作为关节替代材料植入时会由于耐磨性不好而产生磨屑，引发体内炎症，导致种植体失效脱落。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题在于铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金硬度较小，在作为关节替代材料植入时会由于耐磨性不好而产生磨屑，引发体内炎症，导致种植体失效脱落。本专利技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的：本专利技术提供一种提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法，包括以下步骤：(1)将铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样板放置在真空管式炉中，并通惰性气体保护；(2)将管式炉的温度升温至730-850℃，保温；(3)关闭管式炉让钛合金样板随炉冷却至室温；(4)重新打开管式炉，并通氩气保护，升温至400-480℃并保温；(5)关闭管式炉，并将钛合金样板取出并置于空气中冷却。优选的，所述步骤(1)中的惰性气体为氩气、氦气、氖气中的一种。优选的，所述步骤(2)中管式炉的升温速率为10-20℃/min。优选的，所述步骤(2)中的保温时间为2h。优选的，所述步骤(4)中管式炉的升温速率为10-20℃/min。优选的，所述步骤(4)中的保温时间为8h。优选的，所述Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样板的尺寸为100mm×100mm×5mm。优选的，一种提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法，包括以下步骤：(1)将尺寸为100mm×100mm×5mm的铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样板放置在真空管式炉中，并通氩气保护；(2)将管式炉的温度制度设定为以20℃/min的升温速率升至800℃；(3)在800℃温度时保温2h；(4)关闭管式炉让钛合金样板随炉冷却至室温；(5)重新打开管式炉，并通氩气保护，以10℃/min的升温速率升温至420℃，并保温8h；(6)关闭管式炉，并将钛合金样板快速取出置于空气中冷却。本专利技术还提供一种由上述方法处理后的β型钛合金。本专利技术的有益效果在于：(1)铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金由单一的β相组成且晶粒尺寸很大处于微米级，其维氏显微硬度为264±12HV0.02，成骨细胞在其表面培养2h后呈圆球形，成骨细胞在其表面培养7d及14d后碱式磷酸酶(ALP)活性相对较低；而热处理后的Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金由α+β两相组成，热处理致使析出的α相以40nm左右的鹅卵石状镶嵌在β相基体中，其维氏硬度增大为478±19HV0.02，成骨细胞在其表面培养2h后呈拉长的扁平状，形成较明显的细胞质厚边，而成骨细胞在其表面培养7d及14d后碱式磷酸酶(ALP)活性明显提高；(2)热处理方法可以使β型Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金表面的硬度提高81％，且能提高成骨细胞的黏附及骨向分化，为开发出性能更加优异的钛基种植体提供了理论依据。附图说明图1为本专利技术实施例中热处理后(b)和热处理前(a)的Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金的XRD谱线图；图2为本专利技术实施例中热处理前的Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金的微观组织结构图；图3为本专利技术实施例中热处理后的Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金的微观组织结构图；图4为本专利技术实施例中成骨细胞在热处理前的Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样品表面培养2h后的形态图；图5为本专利技术实施例中成骨细胞在热处理后的Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样品表面培养2h后的形态图；图6为热处理前后Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样品表面的成骨细胞在孵化7及14天后胞内的ALP活性图。具体实施方式以下将结合说明书附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。对比例1(1)将尺寸为100mm×100mm×5mm的铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样板放置在真空管式炉中，并通氩气保护；(2)将管式炉的温度制度设定为以20℃/min的升温速率升温至800℃；(3)在800℃温度时保温2h；(4)关闭管式炉让钛合金样板随炉冷却至室温。测试：将热处理前后的两种钛合金样板(铸造板；铸造板+热处理)经100#，400#，800#，2500#砂纸打磨抛光至镜面并切割为1mm×1mm×5mm的小方块作为样品进行显微硬度测试；将小方块样品经紫外光照后置于24孔细胞培养板中进行成骨细胞共培养实验。对比例2(1)将尺寸为100mm×100mm×5mm的铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样板放置在真空管式炉中，并通氩气保护；(2)将管式炉的温度制度设定为以20℃/min的升温速率升温至800℃；(3)在800℃温度时保温2h；(4)关闭管式炉让钛合金样板随炉冷却至室温；(5)重新打开管式炉，并通氩气保护，以10℃/min的升温速率升温至270℃，并保温8h；(6)关闭管式炉，并将钛合金样板快速取出置于空气中冷却。测试：将热处理前后的两种钛合金样板(铸造板；铸造板+热处理)经100#，400#，800#，2500#砂纸打磨抛光至镜面并切割为1mm×1mm×5mm的小方块作为样品进行显微硬度测试；将小方块样品经紫外光照后置于24孔细胞培养板中进行成骨细胞共培养实验。对比例3(1)将尺寸为100mm×100mm×5mm的铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样板放置在真空管式炉中，并通氩气保护；(2)将管式炉的温度制度设定为以20℃/min的升温速率升温至800℃；(3)在800℃温度时保温2h；(4)关闭管式炉让钛合金样板随炉冷却至室温；(5)重新打开管式炉，并通氩气保护，以10℃/min的升温速率升温至570℃，并保温8h；(6)关闭管式炉，并将钛合金样板快速取出置于空气中冷却。测试：将热处理前后的两种钛合金样板(铸造板；铸造板+热处理)经100#，400#，800#，2500#砂纸打磨抛光至镜面并切割为1mm×1mm×5mm的小方块作为样品进行显微硬度测试；将小方块样品经紫外光照后置于24孔细胞培养板中进行成骨细胞共培养实验。实施例1(1)将尺寸为100mm×100mm×5mm的铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样板放置在真空管式炉中，并通氩气保护；(2)将管式炉的温度制度设定为以20℃/min的升温速率升至800℃；(3)在800℃温度时保温2h；(4)关闭管式炉让钛合金样板随炉冷却至室温；(5)重新打开管式炉，并通氩气保护，以10℃/min的升温速率升温至420℃，并保温8h；(6)关闭管式炉，并将钛合金样板快速取出置于空气中冷却。测试：将热处理前后的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将铸造Ti‑Nb‑Sn‑Zr‑Mo钛合金样板放置在真空管式炉中，并通惰性气体保护；(2)将管式炉的温度升温至730‑850℃，保温；(3)关闭管式炉让钛合金样板随炉冷却至室温；(4)重新打开管式炉，并通氩气保护，升温至400‑480℃并保温；(5)关闭管式炉，并将钛合金样板取出并置于空气中冷却。

【技术特征摘要】
1.一种提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将铸造Ti-Nb-Sn-Zr-Mo钛合金样板放置在真空管式炉中，并通惰性气体保护；(2)将管式炉的温度升温至730-850℃，保温；(3)关闭管式炉让钛合金样板随炉冷却至室温；(4)重新打开管式炉，并通氩气保护，升温至400-480℃并保温；(5)关闭管式炉，并将钛合金样板取出并置于空气中冷却。2.根据权利要求1所述的提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的惰性气体为氩气、氦气、氖气中的一种。3.根据权利要求1所述的提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法，其特征在于：所述步骤(2)中管式炉的升温速率为10-20℃/min。4.根据权利要求1所述的提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的保温时间为2h。5.根据权利要求1所述的提高β型钛合金硬度及生物相容性的方法，其特征在于：所述步骤(4)中管式炉的升温速...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄润，秦亮，刘蕾，黄雷，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34