本发明专利技术的目的在于提供一种具有强抗菌功能的医用钴基合金。该钴基合金的化学成分如下：Cr：19.5‑20.5％；W：14.5‑15.5％；Ni：9.5‑10.5％；Ga：0.5‑4.0％；Fe≤2％；Si≤1％；Mn≤1.5％；C≤0.2％；其余为Co元素及其他不可避免的杂质。通过在钴基合金基体中添加适量的Ga元素，从而赋予钴基合金优异的抗细菌感染功能。该合金可广泛应用于骨科等临床领域中使用的各类钴基合金医疗器械，能够进一步显著地降低现有植入物用钴基合金器械使用中引发的细菌感染风险。
A kind of medical cobalt base alloy with strong antibacterial function
【技术实现步骤摘要】
一种具有强抗菌功能的医用钴基合金
本专利技术涉及医用合金领域，具体为一种具有强抗菌功能的医用钴基合金。
技术介绍
钴基合金具有优良的强度、耐蚀性、耐磨性能及生物相容性。综合考量材料的耐蚀性能和力学性能，钴基合金是目前临床应用中性能最佳的植入材料之一。锻造态的Co-Cr-Ni-Mo合金是近年来发展的一种新型钴基合金，它主要用于制造需要承受较大载荷的关节替换件及连接件等，例如膝关节和髋关节假体、股骨柄及髋臼杯等。相对于医用不锈钢，钴基合金具有更优异的耐腐蚀及耐磨性能。有研究表明，钴铬合金制造的关节替换件在髋臼杯耐磨性测试实验中的磨损率为0.14mm/year。此外钴基合金的弹性模量为220-234GPa，较高的弹性模量使钴基合金在金属-金属人工关节置换方面具有明显的优势。然而，医疗器械在使用过程中，存在手术部位细菌感染的问题，并且由医疗器械所引发的局部细菌感染是目前最常见的并发症之一，植入医疗器械的应用会进一步增加术后感染的发生率。术后感染不仅导致较差的功能恢复，而且延长患者住院时间，患者还需经历再次手术取出植入医疗器械并清除病灶，给患者带来沉重的经济负担和精神压力。世界卫生组织的统计数据显示，每天全世界有超过1400万人经历着院内感染的风险，其中60％的细菌感染与使用的医疗器械相关。现阶段愈发严重的细菌感染问题不仅给患者带来了巨大的身心痛苦和沉重的经济负担，也会对医院和社会等造成不同程度的负面影响。因此，本专利技术研究开发了一种新型的抗菌钴基合金，首次创新性地提出了在钴基合金的基础上添加Ga元素，通过相应的热处理，赋予材料优异的抗菌性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有强抗菌功能的医用钴基合金，通过在常用医用L605钴基合金基体中添加适量的Ga元素，从而赋予材料优异的抗细菌感染功能。该合金可广泛应用于骨科等临床领域中，能够进一步显著地降低现有植入物用钴基合金器械使用中引发的细菌感染风险。本专利技术的技术方案是：一种具有强抗菌功能的医用钴基合金，其特征在于：按重量百分比计，该钴基合金的化学成分如下：Cr：19.5-20.5％；W：14.5-15.5％；Ni：9.5-10.5％；Ga：0.5-4.0％；Fe≤2％；Si≤1％；Mn≤1.5％；C≤0.2％；其余为Co元素及其他不可避免的杂质。合金中杂质元素含量符合医用钴基合金国家标准中的相应要求。作为优选的技术方案：Ga元素的范围为Ga：1.0-2.0重量％。本专利技术提供了上述钴基合金的制备方法，其特征在于：所述的钴基合金采用真空感应冶炼获得，其中Ga元素是以Co-Ga中间合金的形式加入。本专利技术所述钴基合金的制备方法，其特征在于：冶炼所得的钴基合金采用以下热加工及热处理工艺：热加工：合金于1180-1280℃均匀化处理1-3小时，开坯锻造，分多道次锻造成坯料，终锻造温度不低于1000℃；固溶热处理：1100-1150℃固溶处理1-2小时，空冷或水冷至室温。本专利技术具有强抗菌功能的医用钴基合金的成分设计中，镓(Ga)是最重要的合金元素，这是保证钴基合金具备抗菌性能的必要条件，也是本专利技术的主要创新点。Ga元素主要应用于半导体、医疗器械、磁性材料等领域，其中半导体行业是Ga最大的消费领域，占到总消费量的80％以上。Ga元素可以扰乱细胞的新陈代谢，抑制细胞的持续生长，最终造成了细胞的凋亡。金属Ga是一种低熔点高沸点的金属，其沸点高达2204℃，如此高的沸点也使Ga能作为钴基合金冶炼的一种合金元素。由Co-Ga二元相图可知，Ga元素在Co中具有较高的固溶度，这也为含Ga医用L605钴基合金的制备提供了必要条件。通过钴基合金表面而溶出的Ga离子能够快速杀死细菌。本专利技术的有益效果是：本专利技术首次创新性地提出了在常用钴基合金中添加Ga元素的概念，设计出了一种新型的抗菌钴基合金。通过调控钢中Ga元素的含量，使钴基合金表面溶出具备强烈杀菌能力的Ga3+离子，使其具备优异的抗菌性能，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术中实施例(a)与对比例(b)对大肠杆菌的抗菌结果；图2为本专利技术含Ga钴基合金的金相组织照片。具体实施方式以下用实施例对本专利技术作更一步的描述。这些实施例仅仅是对本专利技术最佳实施方式的描述，并不对本专利技术的范围有任何限制。实施例：实施例1-8为含有Ga元素的具有强抗菌功能的医用钴基合金，其化学成分见表1。根据本专利技术的化学成分范围进行控制冶炼。采用的锻造工艺为：合金于1220℃均匀化处理2小时，开坯锻造，分多道次锻造直径为18mm棒材，终锻造温度为1100℃；采用的热处理工艺为，固溶温度为1100℃，固溶时间为1小时。对比例：对比例1为L605钴基合金，其化学成分见表1，具体处理工艺与实施例相同。表1实施例和对比例材料化学成分(wt.％)材料CSiMnFeCrWNiGaCo实施例10.110.451.411.2519.714.910.10.5余量实施例20.120.291.451.9519.914.99.80.8余量实施例30.090.231.461.5620.115.110.21.0余量实施例40.150.361.381.3519.815.210.41.5余量实施例50.110.411.251.2619.614.89.72.0余量实施例60.080.331.381.5820.214.89.92.5余量实施例70.130.251.261.7220.115.310.03.0余量实施例80.110.291.321.8419.914.910.14.0余量对比例10.150.351.121.7520.115.19.9-余量1、抗菌性能检测根据“JISZ2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有强抗菌功能的医用钴基合金，其特征在于：按重量百分比计，该钴基合金的化学成分如下：Cr：19.5-20.5％；W：14.5-15.5％；Ni：9.5-10.5％；Ga： 1.0-4.0％；Fe≤2％；Si≤1％；Mn≤1.5％；C≤0.2％；其余为Co元素及其他不可避免的杂质。/n
【技术特征摘要】
1.一种具有强抗菌功能的医用钴基合金，其特征在于：按重量百分比计，该钴基合金的化学成分如下：Cr：19.5-20.5％；W：14.5-15.5％；Ni：9.5-10.5％；Ga：1.0-4.0％；Fe≤2％；Si≤1％；Mn≤1.5％；C≤0.2％；其余为Co元素及其他不可避免的杂质。
2.按照权利要求1所述钴基合金，其特征在于：Ga元素的范围为Ga：1.0-2.0wt.％。
3.一种权利要求1或...
【专利技术属性】
技术研发人员：席通，赵金龙，杨柯，杨春光，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。