[发明专利]亚稳β型Ti-Mo-Si系生物医用合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，具体涉及亚稳β型生物医用钛合金。

背景技术

生物医用材料包括医疗上能够植入生物体或能够与生物组织相结合的材料，生物材料用来治疗或替换生物机体中原有的组织和器官，修正和提高其功能。目前生物医用金属材料是广泛应用的外科植入材料，具有高的强度、良好的韧性、抗弯曲疲劳强度以及良好的加工成型性能，具有其他类型医用材料难以替代的优良性能。金属材料作为生物医用材料必须满足严格的生物学要求：(1)组织相容性好，无毒性，不致畸变，不引起过敏反应和干扰机体的免疫，不破坏临近组织等；(2)物理化学性质稳定，强度、弹性、尺寸、耐腐蚀、耐磨性等性质稳定；(3)易于加工成型，容易制成各种需要的形状。

目前，全世界每年因各种原因造成骨折和骨缺损伤患人数达几千万；在我国，骨折和骨缺损伤患人数也快速增加到将近300万。可见，生物植入材料的市场需求非常巨大。而作为生物植入材料长期甚至终生留在体内，既要受到外力(如弯曲、扭转、挤压和肌肉收缩力)的作用，又要受到人体体液的浸蚀，因此对植入物的要求较高。与其他材料相比，钛与钛合金由于具有良好的耐蚀性、生物相容性及较低的弹性模量的性能，在生物医用材料上得到了广泛的应用，取代了原来用于生物医用方面的不锈钢。生物医用钛及其合金的发展经历了三个时代：第一个时代以纯钛和Ti6Al4V为代表，第二个时代是以Ti5Al215Fe和Ti6Al7Nb为代表的新型α+β型合金，第三个时代则是一个开发与研制更好生物相容性和更低弹性模量钛合金的时代，其中以对β型钛合金的研究最为广泛。

合金的配制以注重无毒性元素的添加为前提。过去的研究表明合金化元素钼是一种对人体无毒性作用的元素，添加适量的钼元素有利于获得与人体自然骨骼力学性能更加接近的β型钛合金。

目前，以价格相对低廉、但是生物相容性良好的的硅元素作为医用钛合金的合金化元素的研究与应用较少。新型生物医用钛合金的成本很高，未来实现工业化以及普及化。因此，利用廉价的合金化元素来改善钛合金的性能，并且应进一步提高钛合金的可加工性，降低加工制造成本已是一种大势所趋。

长期以来，我国医用优质钛合金严重依靠进口，价格居高不下，经济收入不高的的普通老百姓无法承受这高昂的费用。因此，为了满足国内市场的临床需要，开发无毒性，生物相容性和力学性能匹配的价格更为低廉的新型医用钛合金，为患者提供优质、低廉具有自己知识产权的医用钛合金具有重要的经济意义。

发明内容

本发明目的是提供亚稳β型Ti-Mo-Si系生物医用合金及制备方法，其具有良好的生物相容性，而且对人体无毒害，具有和人体骨骼相匹配的杨氏模量，能有效避免因力学不匹配而对人体造成的损伤。采用价格低廉的硅元素为合金元素有效降低了生产成本。

本发明的技术方案如下：

亚稳β型Ti-Mo-Si系生物医用合金，所用的原料组分及重量百分比为：海绵钛88.00％～90.00％，硅0.00％～2.00％，钼9.50～10.50％。优选重量百分比为：海绵钛88.25％～90.00％，硅0.50％～1.75％，钼10.00％。海绵钛作为合金基体，硅和钼作为合金化元素。

所述海绵钛、硅以及钼的纯度都在99.0％以上。

亚稳β型Ti-Mo-Si系生物医用合金的制备方法，它的制备步骤如下：

(1)原料的称取，根据原料组分的重量百分比分别称取海绵钛、硅和钼；

(2)原料混合，将称量好的原料利用搅拌混合方法混合均匀；

(3)原料熔炼，将混合均匀的原料放入非自耗真空电弧炉内的坩埚中，然后抽真空，真空度为1.0×10^-2～1.0×10^-3Pa；再通入惰性气体进行洗气；最后在惰性气体的保护下进行熔炼得到粗合金铸锭，熔炼电流强度为100A～150A，熔炼温度为2700℃～3000℃；

(4)粗合金铸锭冷却，在惰性气体保护下，对坩埚底部通水，利用流动的水对粗合金铸锭进行水冷，得到亚稳β型Ti-Mo-Si系生物医用合金。

所述混合方法为球磨机混合或压片机混合。

所述抽真空和洗气反复进行2～4次，每次抽高真空度均为1.0×10^-2～1.0×10^-3Pa间。

所述的熔炼次数为5遍以上，每次熔炼时间为70～90秒/次。

所述冷却的时间为300～350秒。

所述惰性气体为氩气，压强为一个标准大气压。

本发明的优点：