一种性能可调的口腔多用途Ｔｉ－Ｇｅ系合金及制备方法技术

本发明专利技术提供的是一种性能可调的口腔多用途Ｔｉ－Ｇｅ系合金及制备方法。海绵钛和锗粒，按质量比９９－７５∶１－２５的比例配制成设计成分的合金，采用真空非自耗熔炼方法制备得到成分均匀的Ｔｉ－Ｇｅ系钛合金，熔炼真空度为０．１－５×１０－４Ｐａ氩气保护，熔炼电流为５００－１０００Ａ，熔炼电压为１０－２０Ｖ，将合金锭翻转１８０°后反复重熔３－６次；上述合金锭采用真空差压铸造，进行真空吸铸得到直径为≡３－１０ｍｍ的棒材。本发明专利技术的钛合金具有无毒、力学性能可调、耐腐蚀、铸造性能好、生物相容性好的特点，制备方法简单，通过合金成分的调整，能够满足冠、桥、义齿支架和种植体等多种牙科修复合金的性能要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种钛合金，本专利技术也涉及一种钛合金的制备方法。具体地说 是一种用于口腔修复的无毒医用钛合金及其制备方法。
技术介绍
目前我国失牙及缺损者3.7亿人，龋齿30亿颗，1亿多患者需要牙科植入治疗， 并且人口老龄化使得对口腔材料的需求越来越大。生物医用金属材料被广泛用于牙齿功 能性丧失的修复和重建以及矫形治疗，图1总结了目前临床上应用的典型牙科修复金属 的力学性能及用途。然而Ni-Cr合金、Co-Cr合金、Ni-Ti合金以及不锈钢中的Ni元素和 Cr元素存在潜在的致癌作用，极易引起人体过敏反应(口干、口腔灼烧感、牙龈发痒、 口腔黏膜病变)；Au合金的成本很高，患者的经济负担较重。钛及钛合金的密度较小 (约为铁基和钴基合金的一半)，用于口腔无异物感，比强度高，弹性模量低，生物力学 性能好，生物相容性、耐腐蚀性和抗疲劳性能优于不锈钢和钴基合金，并且对酸类食物 不产生变味现象，已成为最有发展前景的医用金属材料。然而，钛及钛合金用于牙科领 域仍存在某些不足。纯钛的熔点较高(1667°C)，在高温下很活泼，用于牙科熔炼困难； 其抗拉强度低，耐磨性较差，用于活动义齿力学强度不能满足要求，用于固定义齿耐磨 性不足；此外还存在刚性差、易变形、不易加工等问题。Ti-6A1_4V合金的力学性能能 够满足设计要求，然而V和Al有很强的毒性效应，V主要影响酵素系统，Al主要影响脑 和引发阿尔兹海默脑脊髓病，还会引起骨质疏松等。铸造二级纯钛和Ti-6A1_4V合金直 接用于种植体细小部件的设计(如种植体和基台的连接缝、种植体的螺纹、表面微孔等) 其疲劳强度和抗拉强度不足，不能应用于临床。理想的口腔修复用钛合金应该具有以下特点优异的生物相容性、较好的强 度和塑性、合适的硬度和良好的耐磨性、较低的熔点和优异的铸造性能、较低的密度 等以适应特定的口腔临床应用背景和牙科技工室制造的要求。目前国内外开发的各种 新型钛合金大量选择生物相容性好的Mo、Nb、Zr、Ta、Hf、Pd、Pt等元素作为合 金化元素，合金的熔点很高，密度很大，对熔炼合金的成分均勻性控制提出了较高的 要求，特别是作为牙科材料进行铸造加工时比较困难，不适合用作牙科合金。人们采 用合金化的方法设计了一系列新型口腔用钛合金Ti-Cu、Ti-Ag, Ti-Au、Ti-Co、 Ti-Cr、Ti_&合金等。通过对现有文献的检索，已有钛和锗用于生物医学领域的报 道(中国专利公开号CN201285479和CN201308719)，然而其仅仅是钛颗粒和锗颗 粒的机械结合而不是冶金结合；添加少量的Ge到Nb基合金中形成超导体(Kitada， Μ. (1973). “ Supercondctivity of Nb-Ti-Ge Alloys. “ JJap InstMetals 37(1) 104-109. 禾口 Kitada， Μ.and T.Doi (1972). " Applied magnetic Field vs Critical Current Density Characteristics of Superconducting Nb-Ti-Zr and Nb-Ti-Ge Sheets." J Jap Inst Met 36 (9) 891-896.)；加入到Ti-Nb基合金中可以调节相变温度获得具有形状记忆效应的合 金(Inamura, T., Y.Fukui， et al. (2005). “ Mechanical properties of Ti-Nb biomedicalshape memory alloys containing Ge or Ga. " Materials Science and Engineering C 25 (3)426-432.)；加入极少量Ge的它99.97 99.9沿6_ (1(17具有低温超导性(Jian，W.B.，C.Y.Wu, et al. (1996). “ Electron-electron interaction and normal-state transport in superconducting Ti-(Sn, Ge) alloys. " Physical Review B-Condensed Matter and Materials Physics 54(6) 4289-4292.)；此外，还有大量关于钛锗金属间化合物的报道。然而现有的技术文献对于 Ti-Ge系合金的研究很少涉及，我们以纯钛为基础，采用合金化的方法研制了一系列能 够满足多种用途的新型口腔用Ti-Ge系钛合金，基于我们科学实验的基础上现提出本发 明。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有无毒、力学性能可调、耐腐蚀、铸造性能好、 生物相容性好的性能可调的口腔多用途Ti-Ge系合金。本专利技术的目的还在于提供一种制 备方法简单，通过合金成分的调整，能够满足冠、桥、义齿支架和种植体等多种牙科修 复合金的性能要求的性能可调的口腔多用途Ti-Ge系合金的制备方法。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术的性能可调的口腔多用途Ti-Ge系合金的化学成分及重量百分含量为 1-25% Ge，其余为钛和不可避免的杂质元素。本专利技术的性能可调的口腔多用途Ti-Ge系合金的制备方法，包括真空熔炼和压 差铸造，具体步骤为(1)将纯度为99.5-99.9wt%的海绵钛和纯度为99.5_99.999wt%的锗粒，按质 量比99-75 1-25的比例配制成设计成分的合金，采用真空非自耗熔炼方法制备得 到成分均勻的Ti-Ge系钛合金，熔炼真空度为0.1-5X10_4Pa，氩气保护，熔炼电流为 500-1000A,熔炼电压为10-20V，将合金锭翻转180°后反复重熔3_6次；(2)上述合金锭采用真空差压铸造，熔化电流为700-800A，使用铜模和 Φ 3-5mm的中空石墨棒进行真空吸铸得到直径为Φ3_10ιηιη的棒材。本专利技术合金为牙科用钛合金，针对具体的牙科应用背景，合金应该具有很好的 生物相容性、较低的熔点和密度以及合适的力学性能。我们以纯钛为基础，选择合适的 合金化元素，通过固溶强化或者析出强化来调节合金的性能。从整个元素周期表来看， 可能用于钛合金化的金属元素主要包括Al\Ga\In (IIIA)、Ge\Sn (IVA)、Cu\Ag\Au (IB)、 Zn (IIB)、Sc\Y\La (IIIB)、Ti\Zr\Hf (IVB) > V\Nb\Ta(VB) > Cr\Mo\W (VIB)、Mn (VIIB)、 Fe\Co\Ni\Ru\Pd\Os\Ir\Pt(VIII)。 (1)从合金元素的生物安全性考虑Be、Al、V、Cr、 Co、Ni、Cu、Zn元素对人体具有一定的毒副作用，在医用钛合金设计中应避免使用； Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Fe、Pd、Pt、Ge、Au、Sn元素无毒或低细胞毒性，常见于 新型钛合金的成分设计中；(2)从合金元素的熔点和熔炼考虑Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、 Ru、Os、Ir、Pt的熔点均高于Ti，选择这些元素作为合金元素，在合金熔炼时需要大功 率的熔炼设备，并且较高的熔炼温度对于合金成分的准确控制提出了较高的技术要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种性能可调的口腔多用途Ｔｉ－Ｇｅ系合金，其特征是其化学成分及重量百分含量为：１－２５％Ｇｅ，其余为钛和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉峰，李莉，王本力，林文娇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]