一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金及制备方法.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CN107805740A(43)申请公布日2018.03.16(21)申请号201710933311.7(22)申请日2017.10.10(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人陈锋蓝春波吴雨余新泉张友法(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.C22C14/00(2006.01)C22C1/02(2006.01)C22F1/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金及制备方法(57)摘要本发明涉及一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金及制备方法，所述合金的组份及重量百分比为：Nb：30wt％～33wt％；Zr：1wt％～6wt％；Mo：2wt％～4wt％；O：0.20wt％～0.40wt％，余量为Ti；合金制备的具体步骤是：采用真空非自耗电弧炉熔炼获得成分均匀合金铸锭，经热锻成棒材后在850℃-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400℃-500℃，保温时间为1h-12h。本发明经冷轧和热处理后，强度显著高于目前应用最广的医用植入钛合金Ti-6Al-4V，疲劳强度与Ti-6Al-4V相当，而弹性模量仅为Ti-6Al-4V的52％，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。CN107805740ACN107805740A权利要求书1/1页1.一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金，其特征在于，所述钛合金的组份以重量百分比计算为：Nb：30wt％～33wt％；Zr：1wt％～6wt％；Mo：2wt％～4wt％；O：0.20～0.40wt％，余量为Ti。2.一种如权利要求1所述的一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：根据钛合金成分，以Ti、Nb、Zr、Mo和TiO2为原料配制合金；第二步：将配好的原料置于磁搅拌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，随后投入水中冷却至室温。3.根据权利要求2所述的一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金的制备方法，其特征在于所述Ti、Nb、Zr、Mo和TiO2原材料，纯度均为99.9wt％以上。4.根据权利要求2所述的一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金的制备方法，其特征在于所述热锻，加热温度为900℃-1000℃，变形量为70％-80％，在空气中进行。5.根据权利要求2所述的一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金的制备方法，其特征在于所述固溶处理，加热温度为850℃-950℃，保温时间为60min-90min。6.根据权利要求2所述的一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金的制备方法，其特征在于，所述冷形变加工，为冷轧变形，其变形量为80％-90％。7.根据权利要求2所述的一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金的制备方法，其特征在于，所述时效热处理，其加热温度为400℃-500℃，保温时间为1h-12h。2CN107805740A说明书1/4页一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金及制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种低弹性模量高疲劳强度的医用植入钛合金及制备方法，属于钛合金材料设计及制备技术领域。背景技术[0002]钛及其合金具有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。Ti-6Al-4V的抗拉强度高(895MPa-930MPa)，疲劳性能优异(在应力比0.1、循环周次107的条件下，疲劳极限达到470-540MPa)，可确保在人体中服役20年以上不发生疲劳断裂，是当前应用最广泛的种植材料。但Ti-6Al-4V现存的问题是：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合金主要由高弹性模量的α相组成，合金的弹性模量(106GPa)远高于人体骨骼(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”，长期使用将发生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]近年来，世界各国均投入大量人力物力致力于新型医用钛合金开发研究，通过添加对人体友好的Nb、Ta、Zr、Mo、Sn等元素和微观组织调控(主要由低弹性模量的β相组成)，使新型医用β钛合金的弹性模量显著降低，有利于提高种植体的使用寿命。典型