用于骨科植入的含氧医用β钛合金及其制备方法技术

一种医疗器械技术领域的用于骨科植入的含氧医用β钛合金及其制备方法，通过将合金配料进行真空自耗熔炼处理得到Ｔｉ－Ｎｂ－Ｚｒ－Ｔａ合金后，再经非自耗熔炼处理后依次进行热处理和热加工，实现医用β钛合金的制备，得到含氧医用β钛合金，其质量百分比为：氧元素０．１３ｗｔ％－０．５３ｗｔ％。所述钛合金的成分及质量百分比为：Ｔｉ６０％、Ｎｂ３５％、Ｚｒ３％以及Ｔａ２％。本发明专利技术选取生物安全性元素，通过加入较高含量的β稳定元素使得合金具有很好的冷加工性能，通过向合金中增加氧元素的含量来强化合金，通过不同含量氧元素的添加来优化氧元素比例，使得合金具有较高强度，同时具有较低弹性模量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种医用器械
的材质及其制备方法，具体是一种用于骨 科植入的含氧医用β钛合金及其制备方法。
技术介绍
在当今医用材料领域中，骨科中的用于制造各种人工关节、人工骨及各种内、外固 定器械；牙科中的主要用于制造义齿、填充体、种植体、矫形丝及各种辅助治疗器件的材料 需求越来越多。所有生物医用材料中。金属材料应用最早，而且在目前临床中的应用也仍最 为广泛。最初用于临床的金属材料是具有一定抗蚀性能的不锈钢，其中最为常用的是316L 奥氏体不锈钢，以后又发展了 Co-Cr合金，此系列合金在生物环境中具有好的抗腐蚀性和 强度，因此广泛应用于生物医用领域。40年代初期，Bothe等发表了有关多种金属种植体与 骨之间反应的文章，随后将钛引入生物医学领域。他们将几种金属，包括钛、不锈钢和Co-Cr 合金植入鼠的股骨中，结果发现钛与骨之间无任何不良反应，从而开辟了钛合金在生体医 用领域的新时代。由于钛合金具有高的生物相容性、低密度、低弹性模量、高强度、耐体液腐 蚀等优点，广泛应用于医用领域。根据钛合金的类型(α，α+β, β )，一般可将生物医用钛合金的应用和发展 可大致分为三代。第一代以纯钛和Ti-6A1-4V为代表，Ti-6A1-4V超低间隙(ELI)合金 具有较好的生物相容性，耐蚀性和机械性能，是至今使用最广泛的外科植入材料。第二 代是以Ti-5Al-2. 5Fe和Ti-6Al-7Nb为代表的α+β型合金，不含对身体有毒性元素V 的Ti-6Ai-7Nb和Ti-5Al-2. 5Fe两种α+β钛合金，具有和Ti_6Al_4V ELI合金相似的 机械性能，也广泛应用于外科领域。相对于人骨10_30GPa的弹性模量，该类钛合金具 有较大的弹性模量，植入体内容易造成“应力屏蔽”现象。因此，开发具有较低弹性模量 的第三代钛合金成为90年代生物医用钛合金的发展方向。进入90年代初期，Ti-Mo系 β型钛合金作为医用材料得到了广泛研究。如Ti-12Mo-6&-2Fe、Ti-15Mo-5Zr-3Al和 Ti-15Mo-3Nb-0. 30(21SRx)等。该类合金具有更高的拉伸强度、断裂韧性，更好的耐磨损性 能，但是这类合金的弹性模量仍高于骨弹性模量。设计和开发具有更低的弹性模量的β钛 合金成为医用钛合金材料开发的重点。在生物医用钛合金的研究中发现，某些金属离子会 和人体器官发生反应，长期的植入体内会对身体造成毒性作用。因此，减少和避免合金化元 素对身体的毒性作用显得尤为重要。iiity^M^^^·^]WtM1RM^ Steinemann S. G, Corrosion of titanium and titaniumalloys for surgical implants. Titanium' 84 Science and Technology, vol. 2. Munich, Deutsche Gesellschaft Fur Metallkunde EV 1985,2:1373-1379.(外科 植入用钛及钛合金的耐腐蚀性研究)对比了不锈钢，钴_铬-钼_镍合金，钛，钽，锆，铌，钼 等活体植入材料腐蚀的线性极化研究结果，并给出这些数据与体外实验的对比。结果表明， V、Ni、Co为生物毒性元素，钛，钽，锆，铌等元素具有好的生物安全性，在外科植物材料一定 的优势且V、Ni、Co为生物毒性元素。Kawahara H, Cytotoxicity of implantable metals and alloys. Bull. Jpn. Inst. Met. ,1992,31 (12) : 1033-1039.(植入物金属材料的细胞毒性)记载了通过对植入物 金属材料的细胞毒性试验研究发现，Al、Fe对人体有毒性作用。，Al、Fe对人体有毒性作用。Okazaki Y, Ito Y, Kyo K, Tateisi T, Corrosion resistance and corrosion fatiguestrength of new titanium alloys for medical implants without V and Al, Mater. Sci. Eng. A，1996，213 :138-147.(不含V和Al元素的新型植入医用钛合金的耐蚀性 和耐蚀疲劳强度研究)中记载了 经过大量的实验表明，对比了 Ti-15&-4Nb-4Ta-0. 2Pd_0 .20-0. 05N，Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0. 2Pd_0. 20 合金与低间隙 Ti_6Al_4V，Ti_6Al-2Nb_lTa 和纯 钛的耐蚀性和耐蚀疲劳强度，得出由Nb、Ta、Zr和Sn等元素组成的钛合金具有好的耐蚀性 和耐蚀疲劳强度。综上所述，因而含有Nb、Ta、Zr、和Sn等元素的低弹性模量β钛合金具有较大的 应用潜力。目前以Ti-Mo，Ti-Nb, Ti-Ta和为基体的β钛合金得到广泛的研究，相 比较其他常用的钛合金，这类合金组合可以获得低的弹性模量，或者具有高的强度。Ti-Nb 基合金由于具有低的弹性模量和较好的形状记忆效应，是最有潜力开发使用的医用钛合 金。一些Ti-Nb基的亚稳定钛合金已经得到了应用，如Ti-13Nb-13Zr，Ti-35Nb-5Ta-7Zr, Ti-29Nb-13Ta-4. 6Zr, Ti-39Nb_5. lTa-7. IZr(TNTZ)和 Ti_34Nb-9Zr_8Ta。这些钛合金在 获得低的弹性模量的同时却造成合金强度较低。有的弹性模量较高，但合金的强度却不足 600MPa，如Ti-35Nb-5Ta-7&。为了满足生物医用材料好的生物相容性的特点外，还应该使 得材料具有中等的强度和较低的弹性模量。一般来讲，材料的抗拉强度大于650MPa，弹性模 量在70GPa以下，可满足骨科，牙科等生物医用领域的应用。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于骨科植入的含氧医用β钛 合金及其制备方法，制备得到的合金安全无毒，可广泛应用于骨科，牙科等医疗器械领域。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术涉及一种用于骨科植入的含氧医用β钛合金，其质量百分比为氧元素 0. 13wt% -0. 53wt%，所述的钛合金的成分及质量百分比为Ti60%、Nb35%、Zr3%以及 Ta2%。本专利技术涉及上述用于骨科植入的含氧医用β钛合金的制备方法，通过将合金配 料进行真空自耗熔炼处理得到Ti-Nb-Zr-Ta合金后，再经非自耗熔炼处理后依次进行热处 理和热加工，实现医用β钛合金的制备。所述的合金配料为60重量份的Ti元素、35重量份的Nb元素、3重量份的Ir元素 和2重量份的Ta元素。所述的真空自耗熔炼处理是指将合金配料置于真空自耗电弧炉中反复熔炼三次 得到铸锭后，将铸锭在950°C开坯锻造，后经过780°C均勻化退火半小时，得到Ti-Nb-Zr-Taα全口巫ο所述的非自耗熔炼处理是指将Ti-Nb-Zr-Ta合金切成块状试样后加入TiO2粉 末，采用真空非自耗熔炼方式制备得到Ti-Nb-Zr-Ta-O纽扣锭。所述的真空非自耗熔炼方式是指在950°C环境下进行热轧，在780°C固溶处理半小时后空冷。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于骨科植入的含氧医用β钛合金，其特征在于，其质量百分比为：氧元素０．１３ｗｔ％－０．５３ｗｔ％，所述钛合金的成分及质量百分比为：Ｔｉ６０％、Ｎｂ３５％、Ｚｒ３％以及Ｔａ２％。

【技术特征摘要】
一种用于骨科植入的含氧医用β钛合金，其特征在于，其质量百分比为氧元素0.13wt％ 0.53wt％，所述钛合金的成分及质量百分比为Ti60％、Nb35％、Zr3％以及Ta2％。2.根据权利要求1所述的用于骨科植入的含氧医用β钛合金的制备方法，其特征在 于，通过将合金配料进行真空自耗熔炼处理得到Ti-Nb-Zr-Ta合金后，再经非自耗熔炼处 理后依次进行热处理和热加工，实现医用β钛合金的制备。3.根据权利要求2所述的用于骨科植入的含氧医用β钛合金的制备方法，其特征是， 所述的合金配料为60重量份的Ti元素、35重量份的Nb元素、3重量份的ττ元素和2重量 份的Ta元素。4.根据权利要求2所述的用于骨科植入的含氧医用β钛合金的制备方法，其特征是， 所述的真空自耗熔炼处理是指将合金配料置于真空自耗电弧炉中反复熔炼三次得到铸锭 后，将铸锭在950°C开坯锻造，后经过780°C均勻化退火半小时，得到Ti-N...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立强，位倩倩，吕维洁，覃继宁，张荻，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]