[发明专利]无镍超弹性钛基形状记忆合金及其制品

说明书

技术领域

本发明涉及钛基形状记忆合金，及其制备方法和制品，特别涉及无镍超弹性钛基形状记忆合金、其制备方法和制品。

背景技术

TiNi形状记忆合金(商品名：Nitinol合金)具有优异的形状记忆性能和相变超弹性，并通过了国际通用的生物学评价试验，因而近20年来，在医疗领域得到了广泛的应用。但是，由于Ni元素对部分人群会产生过敏反应和具有的致癌性，人们担心在长期植入人体后因磨损和腐蚀释放出具有毒性的Ni离子，因而希望能开发出无镍超弹性钛基形状记忆合金。

1988年9月9日Kathy K.Wang等在美国专利US 4,857,269中提出了一种新的钛合金，添加1号组分选自：Mo，Ta，Nb，Zr，占0-24wt％；添加2号组分选自：Al，La，占0-3wt％；添加3号组分选自：Fe，Mg，Cr，Co，Ni，0-3wt％；余量为Ti。推荐的典型组分为：10-20wt％Nb，1-4wt％Zr，2wt％Fe，1wt％Al，余量为Ti。1991年1月28日James A.Davidson等在美国专利US 5,169,597中提出了一种新的钛锆铌合金，专利保护的组分为：0-20wt％Zr，10-20wt％Nb，余量为Ti；或者0-20wt％Zr，35-50wt％Nb，余量为Ti。1994年6月20日JamesA.Davidson等又在美国专利US 5,545,227提出了一种新的钛铌合金，保护的组分为：10-20wt％Nb，余量为Ti。以上合金均为低模量医用钛合金，试图解决的是金属植入体的弹性模量与人体骨骼的弹性模量差异大造成的应力屏蔽效应，减小了骨组织被吸收和植入体断裂的风险。还未见这类材料的超弹性、形状记忆能力等功能性性能的公开报道和专利申请。

2004年5月17日北京有色金属研究总院的于洋等在中国专利ZL200410038061.3中公开了一种β钛合金及其所制成的产品，其化学成分及其重量百分比为：锆20～40％，铌20～30％，铪0.5～3％，钽0.0～2％，氧0.05～0.20％，碳0.0～0.15％，氮0.0～0.01％，氢0.0～0.02％，余量为钛；其中，锆和铪的重量比为30～50。由该β钛合金所制成的产品为眼镜架、植入支架、齿科矫形器械、人工关节假体、或高尔夫球杆。声称这种β钛合金具有低的杨氏模量，较高强度，很大的冷加工能力。

2004年11月17日中国科学院金属研究所的郝玉琳等在中国专利ZL200410092858.1中公开了一种Ti-Nb-Zr系钛合金，其化学成分为20～35wt％Nb，2～12wt％Zr，余量为Ti和不可避免的杂质元素。声称该体系合金具有良好的冷加工性能和很低的加工硬化率，可以通过冷轧制和冷拔丝等冷加工工艺进行大尺度冷变形；该体系合金具有超弹性、形状记忆和阻尼功能以及低弹性模量、高强度、耐腐蚀和高人体相容性；该体系合金经冷变形可以制备晶粒在纳米尺度的纳米材料，通过热处理可以得到超高强度的纳米材料。此外，在权利要求3中要求保护在20～35wt％Nb，2～12wt％Zr，余量为Ti的Ti-Nb-Zr系合金中还含有Sn、Al中的至少一种元素，其含量为0.1～12wt％的Ti-Nb-Zr系合金。

2006年9月29日北京科技大学的宋西平等在中国专利ZL200610113509.2中公开了一种杨氏模量可调型矫牙用β钛合金及其制备工艺。该合金的化学成分及其重量百分比为：铁3～5％，铌10～20％，锆2～10％，铝2～5％，锡2～15％，碳0.1～0.3％，氮0.0～0.01，氢0.0～0.02％。制备工艺为真空白耗熔炼+轧制+室温冷拔+真空时效处理。声称该合金的杨氏模量值能够随着时效时间的变化在40GPa～120GPa范围之间变化。该钛合金可应用于口腔正畸方面的矫牙丝、矫牙支架以及微型矫牙弹簧。