一种低弹性模量新型医用锆合金及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种低弹性模量新型医用锆合金及其设计方法。本发明专利技术原料的原子百分比为：锡0.1at.％‑3at.％，铜3at.％‑5at.％，铌0.1at.％‑15at.％，锆为余量。其设计方法是利用二次回归正交旋转组合设计进行成分设计，得到实验方案；然后将方案中的合金元素的各原子百分比换算成重量百分比，得到称重配比方案；按照组合设计所得的称重配比方案进行合金制备、压缩实验、进一步的物相分析和显微组织观察试验；然后利用SPSS对实验结果进行分析，最终得到合金性能与合金元素的数学模型。根据数学模型设计出来的锆合金具有低的弹性模量、适中的压缩强度和屈服强度，高的弹性能，符合临床医学对植入材料的要求。

A new zirconium alloy with low elastic modulus and its design method

The invention discloses a new zirconium alloy with low elastic modulus and a design method thereof. The atomic percentage of the raw material of the invention is: tin 0.1 at.%3 at.%, copper 3 at.%5 at.%, niobium 0.1 at.%15 at.%, zirconium is the surplus. The design method is to use quadratic regression orthogonal rotation combination design to design the composition and get the experimental scheme; then the atomic percentage of the alloy elements in the scheme is converted into the weight percentage to get the weighing proportion scheme; according to the weighing proportion scheme obtained by the combination design, the alloy preparation, compression experiment and the first step are carried out. Phase analysis and microstructure observation experiments were carried out in the first step, and then the experimental results were analyzed by SPSS. Finally, the mathematical model of alloy properties and alloy elements was obtained. The zirconium alloy designed according to the mathematical model has low elastic modulus, moderate compressive strength, yield strength and high elastic properties, which meets the requirements of clinical medicine for implant materials.

【技术实现步骤摘要】
一种低弹性模量新型医用锆合金及其设计方法
本专利技术属于医用生物材料领域，具体涉及低弹性模量医用锆合金的成分设计及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着人们生活水平的提高和科学技术的发展，生物材料发展迅速，对人体硬组织替代材料的研究也越来越深入。这些医用植入材料要得到应用，必须得满足一些基本的性能条件，比如良好的生物相容性、在体液中的耐腐蚀性、高的机械强度、良好的耐磨性和低的弹性模量等。其中，低的弹性模量至关重要，它不仅关系着医用植入材料的寿命和服役情况，还影响人的身体健康。目前大多数的生物金属材料，如钛及钛合金(55-120GPa)具有比人骨(10-30GPa)更高的弹性模量。而错配模量会导致骨的应力遮挡，机械应力不能均匀传递给周围的骨骼，导致种植体植入后的骨吸收和松动，降低愈合速率，并给使用者带来疼痛。因此，开发具有低弹性模量的生物材料是非常重要的。近年来，作为钛的同族元素，锆的耐腐蚀性、生物相容性以及优异的力学性能都被科研人员所看好，锆在生物医用材料领域的研究逐渐变多。但是与钛相比，锆在生物医用领域的报道还是相对偏少，并主要集中在生物医学应用的金属玻璃(BMG)的开发上。目前已开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低弹性模量新型医用锆合金，其特征在于：所述低弹性模量新型医用锆合金主要由锡、铜、铌和锆组成，各组成元素按原子百分比计算，锡为0.1at.％‑3at.％，铜为3at.％‑5at.％，铌为0.1at.％‑15at.％，余量为锆。

【技术特征摘要】
1.一种低弹性模量新型医用锆合金，其特征在于：所述低弹性模量新型医用锆合金主要由锡、铜、铌和锆组成，各组成元素按原子百分比计算，锡为0.1at.％-3at.％，铜为3at.％-5at.％，铌为0.1at.％-15at.％，余量为锆。2.根据权利要求1所述的低弹性模量新型医用锆合金，其特征在于：所述低弹性模量新型医用锆合金各组成元素按原子百分比计算，锡为1.5at.％，铜为4at.％，铌为15at.％，余量为锆。3.根据权利要求1或2所述的低弹性模量新型医用锆合金，其特征在于：所述低弹性模量新型医用锆合金弹性模量为19GPa-36Gpa，最大抗压强度为750MPa-1300Mpa，塑性应变为4％-30％。4.如权利要求1～3任一所述的低弹性模量新型医用锆合金的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)基于合金相图和合金强化机制，选择Sn、Cu、Nb作为掺杂元素设计医用锆合金；(2)利用二次回归正交旋转组合设计对医用锆合金进行成分设计，以合金的弹性模量为试验指标，以锡、铜、铌三个掺杂元素的含量为试验因素，将三个因素水平进行编码，通过二次回归正交旋转组合设计计算得到实验方案；(3)将方案中的合金元素的各原子百分比换算成重量百分比，得到称重配比方案；(4)按照组合设计所得的称重配比方案进行合金制备、压缩实验、进一步的物相分析和显微组织观察试验；(5)利用SPSS对实验结果进行分析，最终得到合金性能与合金元素的数学模型；(6)根据数学模型挑选出具有最佳性能的医用锆合金。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛永钟，汤宏群，甘夏霞，韩峰，丁晓龙，李吉东，郭付达，张嘉凯，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45