一种高强度低弹性模量医用植入锆合金及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111676407A(43)申请公布日2020.09.18(21)申请号202010429306.4(22)申请日2020.05.20(71)申请人东南大学地址211102江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人陈锋罗聪武祥为(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.C22C30/00(2006.01)C22C1/02(2006.01)C22F1/18(2006.01)A61L27/06(2006.01)A61L27/50(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种高强度低弹性模量医用植入锆合金及制备方法(57)摘要本发明涉及一种高强度低弹性模量医用植入锆合金及制备方法，所述合金的组份及重量百分比为：Ti：36-40wt％；Nb：14-24wt％；O：0.10-0.30wt％；余量为Zr。合金制备的具体步骤是：采用高真空非自耗电弧炉熔炼获得成分的均匀合金铸锭，经热锻成棒材后在900℃-950℃固溶处理，水冷至室温；随后冷轧变形加工，变形量为80-90％；最后进行时效热处理，其加热温度为500-550℃，保温时间为8-16h。本发明锆合金的抗拉强度与目前应用最广的医用植入钛合金Ti-6Al-4V相当，而弹性模量仅为后者的55-61％，生物相容性和力学相容性更优异，可应用于制备生物医用植入体。CN111676407ACN111676407A权利要求书1/1页1.一种高强度低弹性模量医用植入锆合金，其特征在于，所述锆合金的组份以重量百分比计算为：Ti：36-40wt％；Nb：14-24wt％；O：0.10-0.30wt％；余量为Zr。2.一种如权利要求1所述的一种高强度低弹性模量医用植入锆合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：根据锆合金成分，以Zr、Ti、Nb、TiO2为原料按比例配制各组分；第二步：将配好的原料置于磁搅拌高真空非自耗电弧炉中反复熔炼，得到成分均匀的铸锭；第三步：将所述铸锭热锻成棒材，经固溶处理后投入水中淬火冷却；第四步：车削去除棒材表面的氧化皮，然后在室温下进行冷形变加工；第五步：将棒材置于石英管中抽真空密封，在热处理炉中进行时效热处理，随后在空气中冷却至室温，得到β基体+少量亚微米α析出相的高强度低弹性模量医用植入锆合金。3.根据权利要求2所述的一种高强度低弹性模量医用植入锆合金的制备方法，其特征在于所述Zr、Ti、Nb、TiO2原材料，纯度均为99.9wt％以上。4.根据权利要求2所述的一种高强度低弹性模量医用植入锆合金的制备方法，其特征在于所述热锻，加热温度为600-700℃，变形量为60-80％，在空气中进行。5.根据权利要求2所述的一种高强度低弹性模量医用植入锆合金的制备方法，其特征在于所述固溶处理，加热温度为900-950℃，保温时间为30-60min。6.根据权利要求2所述的一种高强度低弹性模量医用植入锆合金制备方法，其特征在于，所述冷形变加工，其变形量为80-90％。7.根据权利要求所述的一种高强度低弹性模量医用植入锆合金的制备方法，其特征在于，所述时效热处理，其加热温度为500-550℃，保温时间为8-16h。2CN111676407A说明书1/4页一种高强度低弹性模量医用植入锆合金及制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种高强度低弹性模量医用植入锆合金及制备方法，属于锆合金材料设计及制备技术领域。背景技术[0002]近年来，随着社会的发展和人类生活水平的提高，人们对于安全、可靠的生物医用植入体的需求日益增加。目前，钛及其合金由于其优异的力学性能以及在体液环境中的高耐蚀性，是人工关节和牙种植体等人体硬组织修复与替代的首选材料。常见的钛基植入材料有Ti-6Al-4V，其抗拉强度为895MPa-930MPa，延伸率约为10％，是当前应用最广泛的种植材料。但存在的问题是：(1)合金含对人体有害的V、Al元素，尤其是V有细胞毒性，长期使用存在安全隐患。(2)合金的弹性模量(110GPa)远高于人体骨骼模量(10-30GPa)，弹性模量的严重失配使植入体与骨骼的界面产生“应力屏蔽效应”，长期使用将引起骨质吸收和骨质疏松，导致植入体无菌松动，缩短使用寿命。[0003]与人体具有良好生物相容性的元素包括Nb、Ti、Zr、Ta、Mo、Sn等，其中，Zr的性能最为优异。相关研究表明(KurodaD,NiinomiM,MorinagaM,etal,Designandmechanicalpropertiesofnewβtypetitaniumalloysforimplantmaterials,MaterSciEngA,1998,243(