[发明专利]亚稳β型Zr-Mo-Ti系硬组织生物医用合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及锆基生物医用合金及其制备方法。 

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体组织相结合的材料，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，具有其它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基体的免疫，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。 

目前金属材料钛及其合金在生物医用植入材料上得到了广泛的应用，尤其是β-钛合金的应用更广泛。但是，随着医学技术的发展，钛合金在生物医学的应用上存在的不足逐渐体现出来，其中之一就是弹性模量与天然骨骼的弹性模量不够匹配，容易引起应力屏蔽效应，不利于骨骼愈合和植入体的长期稳定，对人体容易造成损伤。所以，开发新型的生物医用合金材料成为现今生物医用材料的一个最主要研究方向。 

锆合金具有优良的耐腐蚀性能、机械性能、组织相容性好、无毒性，主要作为反应堆芯结构材料，如燃料包壳；常用作耐腐蚀的容器和管道，如压力管、支架和孔道管等。目前锆合金在生物医用材料方面的研究还相当稀少，多数研究都是以锆作为添加的合金元素来提升钛合金的性能。而本发明将锆合金在生物医用上的应用作为主要的研究方向，研究出的锆基合金与传统的钛合金相比，锆基合金具有比钛合金更良好的耐腐蚀性、强度，以及更低的弹性模量，与人体骨骼更为匹配，很好的弥补了传统钛合金的不足。 

发明内容

本发明的目的是提供一种亚稳β型Zr-Mo-Ti系硬组织生物医用合金及其制备方法，其能替代或部分替代钛合金在生物医用上的应用，其具有良好的生物相容性，且对人体无毒害，同时具有和人体骨骼相匹配的弹性模量，因此能有效减小因力学不匹配而对人体造成的损伤。 

本发明技术方案如下： 

一种亚稳β型Zr-Mo-Ti系硬组织生物医用合金，所用原料组分及重量百分比为：钼 11.50%～12.50%，钛0.1～11.00%，余量为海绵锆。优选的原料组分及重量百分比为：钼12%，钛3.0～7.0%，余量为海绵锆，该配方得到的生物医用合金，各项性质稳定，性能良好。 

本发明采用的海绵锆、钼以及钛的纯度都在99.0%以上，均可从市场上购买得到。钛元素通常由海绵钛提供。 

本发明制备的亚稳β型Zr-Mo-Ti系硬组织生物医用合金的杨氏模量为30～35GPa，最大抗压强度达到1450～1600MPa，压缩率为10.0～25.0%，屈服强度高达1150～1400MPa。 

本发明的亚稳β型Zr-Mo-Ti系硬组织生物医用合金的制备方法，它的制备步骤如下： 

（1）原料称取，根据各原料组分的重量百分比分别称取海绵锆、钼以及钛；原料粒径尺寸控制在2厘米以下； 

（2）原料混合，将称好的原料利用搅拌混合均匀； 

（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，真空度控制为1×10^-2～1×10^-3Pa；再通入惰性气体进行洗气除去残留的空气；最后在惰性气体的保护下进行熔炼，熔炼温度为2800～3000℃；熔炼电压为220V，熔炼电流控制在180-200A，保持100s～180s，然后再将电流缓慢调节至0A，电流下降至0A的时间为40-60s，如此反复熔炼5遍以上，得到粗合金铸锭；步骤（3）的抽真空和洗气反复进行2～4次。 

（4）粗合金铸锭的冷却，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快速冷却，粗合金由液态到固态的冷却时间为5～30秒，然后继续保持对坩埚底部通水，将合金铸锭继续停放在炉内冷却，冷却至室温后取出，得到亚稳β型Zr-Mo-Ti系硬组织生物医用合金，整个冷却时间400-600秒。 

本发明采用的惰性气体为氩气，压强为一个标准大气压。