一种用于人类皮质骨置换的新型钛合金材料制造技术

本发明专利技术提出一种用于人类皮质骨置换的新型钛合金材料，即发明专利技术了一种新型的Ti

【技术实现步骤摘要】
一种用于人类皮质骨置换的新型钛合金材料


[0001]本申请涉及一种用于人类皮质骨置换的新型钛合金材料，尤其涉及钛合金材料的元素组成和配比。

技术介绍

[0002]钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低、无毒无磁、可焊接、生物相容性好、表面可装饰性强等特性，广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域。世界上许多国家都已经认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。虽说中国已成为全球最大的钛金属生产国和消费国之一，不过大部分生产一直局限于等级较低的钛，用于自行车架、高尔夫球杆或化工行业使用的防腐管材。
[0003]随着人口持续老龄化，全球各国对生物医疗器械所使用材料的要求日益增加，可见，钛市场的前景比较光明。金属材料被应用在髋关节置换或其他关节置换手术中，例如膝关节、肩关节等。金属医用材料还可应用在脊柱或创伤固定、血管支架及椎间盘置换等。弹性模量在硬组织置换中是一个很重要的因素，正常骨和硬组织植入物间不同的弹性模量会产生压力屏蔽作用，使正常骨被重吸收或植入物松弛，大多数病人都需要再次手术进行矫正。另外一个普遍关注的问题是骨头坏死，是由于关节陷窝与相连接部件作用产生磨削而引起的，这些磨削会迁移到骨干表面，附着在正常骨上从而引起骨细胞的死亡。
[0004]目前在钛合金的研究主要集中在能够在生物医学方面长期使用的增强型钛合金，目前应用在生物医疗领域的商用纯钛合金及Ti
‑
6Al
‑<br/>4V存在与人骨模量不匹配，硬度和强度差，同时铝(Al)和钒(V)离子的释放会导致“阿兹海默症”等问题。众所周知，合金的差异化主要是因为合金不同的元素及元素配比。为了得到符合钛合金骨置换所需的特定力学性能，研究者们针对工艺进行了大量的研究，主要是试错法，而这耗费了大量的人力财力。

技术实现思路

[0005]基于上述技术问题，本专利技术提出一种用于人类皮质骨置换的新型钛合金材料，即专利技术了一种新型的Ti
‑
Nb
‑
Zr三元钛合金，通过合理的元素配比设计，获得了符合人类皮质骨置换的低模量和无毒的钛合金材料。主要包括以下内容：
[0006]第一步，选择钛合金元素材料的种类和颗粒大小。选择Ti、Nb和Zr元素和可用于增材制造所需的粒径大小。
[0007]第二步，设计元素配比。根据d
‑
电子设计理论和钼当量设计方法设计元素配比。
[0008]第三步，激光选区融化设备加工。根据第一、二步所选定的元素及配比，混料后采用选取激光熔化制造工艺，设备采用北京隆源自动成型系统有限公司生产的设备(型号：AFS
‑
M120)。打印前将粉末真空干燥3h，干燥温度90℃，防止氧化和水汽对打印的影响；保证粉体打印前不能有发潮、结块现象；打印制备过程中采用高纯度(99.999％)的氩气作为保护气，以避免试样氧化；所有的样品在纯钛基板上制作(基板需要砂纸打磨、酒精除水，丙酮
除油)，打印过程保证基板水平且基板预热至100℃。
[0009]第四步，产品检验，对产品的模量、强度和硬度等参数进行测试检验，以确切获得可用于人类皮质骨置换的新型钛合金产品。
[0010]本专利技术的有益效果如下：
[0011]本次实验专利技术设计了一种用于人类皮质骨置换的新型钛合金材料，之后获得的产品达到了人类皮质骨置换的力学效果，具有低模量、高强度和高硬度。
附图说明
[0012]图1为本专利技术流程图；
[0013]图2为本专利技术在d
‑
电子设计理论图中的位置；
[0014]图3为本专利技术合金粉末电镜图；
[0015]图4为激光选区熔化设备加工最终产品图；
[0016]图5为本专利技术的工程应力应变曲线；
[0017]图6为本专利技术的硬度图。
具体实施方式
[0018]实施例 制备某牙种植体，尺寸为7mmX25mmX4mm
[0019]第一步，选择材料，本次实施例选择混合粉末平均粒径为30微米的原位Ti
‑
Nb
‑
Zr粉末；
[0020]第二步，激光选区融化加工第一步选择的粉末，设定加工参数，激光功率P：300W，扫描速度为400mm/s，扫描间距35微米，打印结果如图4；
[0021]第三步，产品检验。对产品的模量、强度和硬度等参数进行测试检验。在图5中，获得了14
±
0.9GPa，最高屈服强度为910MPa和在图6中，获得了最高硬度为391HV的低模量、高强度和硬度的产品。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于人类皮质骨置换的新型钛合金材料，包括第一步，选择钛合金元素材料的种类和颗粒大小，选择平均粒径均为30微米的钛合金粉末：等离子放射制备的球形钛粉(Ti)作为基本主元成分，其余元素选择机械粉碎制备的具有提高钛合金耐腐蚀性的锆(Zr)和诱导低模量β相生成的铌(Nb)作为副主元成分，以改善钛合金的模量和和生物相容性；第二步，设计元素配比，按照d
‑
电子设计理论和钼当量设计方法设计各元素比例，确定获得低模量钛合金。2.根据权利要求1所述的一种用于人类皮质骨置换的新型钛合金材料，其特征在于：合金基本主元成分为钛(Ti)，添加的副主元成分为一定比例的锆(Zr)和铌(Nb)。3.一种用于人类皮质骨置换的新型钛合金材料，所述钛合...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊，汪育荣，龙雨，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：