[发明专利]一种利用放电等离子烧结制备钛铌锆锡生物医用钛合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备钛铌锆锡生物医用钛合金的方法，特别是一种利用放电等离子烧结制备钛铌锆锡生物医用钛合金的方法，属于生物医用材料制备技术领域。

背景技术

在人造植入生物医用金属材料中，钛合金凭借其良好的生物相容性、力学特性（高比强度、低弹性模量等）及耐磨耐腐蚀性能，成为人工关节（髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等）、骨创伤产品（髓内钉、钢板、螺钉等）、 脊柱矫形内固定系统、牙种植体、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植入产品的理想材料，在上述领域得到了广泛的应用。

为了实现在人体内的长期与无排斥反应的植入和替代，生物医用钛合金材料的研究经历了不断的发展和改进历程，从传统的纯钛、钛铝钒合金（Ti-6Al-4V）、钛铝铌合金（Ti-6Al-7Nb）直到目前的新型β型医用钛合金。当前国内外研究人员获得β型医用钛合金的主要手段是在纯钛（Ti）中加入铌（Nb）、钽（Ta）、锆（Zr）、锡（Sn）等β稳定和强化元素，上述元素的加入不仅能显著降低材料的弹性模量、提高合金的强度和耐磨耐蚀性能，而且由于添加元素无毒且在植入机体中不会产生过敏反应，从而具有良好的生物相容性，成为当前最具有应用前景的新型生物医用钛合金人体替代和修复用关键材料之一。

Ti-Nb-Zr-Sn合金是由国内自主开发的一种新型β型医用钛合金，与其它种类医用钛合金相比，其具有弹性模量更低（33～73GPa）、高强度、超弹性等优点。根据文献Y.L. Hao , S.J. Li, S.Y. Sun, R. Yang. Effect of Zr and Sn on Young's modulus and superelasticity of Ti-Nb-based alloys. Materials Science and Engineering A, 2006, Vol. 441(1-2), pp 112-118; Y.L. Hao , S.J. Li, S.Y. Sun, C.Y. Zheng, R. Yang. Elastic deformation behaviour of Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn for biomedical applications. Acta Biomaterialia, 2007, Vol. 3(2), pp 277-286; G.L. Zhao, G. Wen, Y. Song, K. Wu. Near surface martensitic transformation and recrystallization in a Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn alloy substrate after application of a HA coating by plasma spraying. Materials Science and Engineering C, 2011, Vol. 31(1-2), pp 106-113.报道，Ti-Nb-Zr-Sn合金制备方法采用真空熔炼法，合金具有优异的超弹性和非常低的弹性模量，已经非常接近人体天然骨头的弹性模量，同时合金中的含有的钛、铌、锆、锡四种元素无毒且具有良好的生物相容性，综合性能优于目前在临床使用最多的Ti-6Al-4V医用钛合金。

目前制备钛铌锆锡生物医用钛合金主要采用真空熔炼法（见上述文献和中国专利：ZL200410092858.1），由于在合金中添加了铌、锆难熔金属元素，其熔点、密度都大于钛元素，并且存在塑性差、变形困难等特点，由于真空熔炼法自身固有的缺点，在制备合金过程中无法完全避免成分偏析、组织不均匀及疏松、缩孔等缺陷，为了改善材料的成分偏析和铸造缺陷，往往需要对材料进行多次重熔，不仅增加了成本，而且会带来材料污染问题。因此，采用真空熔炼法方法制备的钛铌锆锡合金制造成本要高于传统的Ti-6Al-4V医用钛合金，而且出现的缺陷可能会导致材料的力学和耐磨耐蚀性能等出现下降现象而达不到临床应用上理想的要求，特别是规模化生产时更为严重。