[发明专利]一种低模量含银抗感染医用钛合金

说明书

本发明的目的在于提供了一种低模量含银抗感染医用钛合金，在现有低模量钛合金Ti‑15Mo化学成分的基础上添加适量的银元素及其他元素，经过特殊的抗菌热处理后，在钛合金基体中析出一种纳米钛银金属间化合物，从而赋予钛合金整体抗细菌感染的功能，同时不改变Ti‑15Mo合金的低模量力学特性。本发明将材料成分设计与抗菌热处理工艺结合起来，使钛合金同时拥有低弹性模量的力学特性和抗细菌感染的生物学功能。

技术领域

本发明涉及一种低模量含银抗感染医用钛合金。

背景技术

医用钛合金临床应用存在的最大问题之一就是合金的弹性模量与周围骨组织间的相差太大，在临床应用中造成“应力屏蔽”效应，成为植入体与周围骨结合不好的主要原因之一。Ti-15Mo钛合金是无毒、无过敏性合金元素的β型钛合金，具有较低的弹性模量，有利于植入体和骨骼之间的应力缓冲和均匀传递，已广泛用于人工髋关节、人工牙齿根、接骨板和植入棒等生物植入体。

医疗器械与骨科植入物引发的细菌感染是术后严重的并发症之一，给人类带来了严重的健康威胁和沉重的经济负担。据统计，我国每年用于骨折的植物材料已超过500万例，而生物材料相关感染的发生率为0.5-6％，如何有效预防人体植入材料的相关感染已成为生物材料和临床医学等研究领域的重要问题。

Ag对金葡菌和大肠杆菌有很强的杀菌作用，其作用机理为：Ag离子损伤与其接触的细菌细胞膜，细菌的蛋白质凝固、DNA损伤、正常组织与繁衍的平衡遭到破坏。通过表面改性技术如表面镀银、含银抗菌涂层、酸碱热处理及微弧氧化等，钛与钛合金可以获得抗菌性能，但获得的抗菌性只存在于材料表面，在使用过程中抗菌性能随涂层的降解与磨损而逐渐衰退，甚至完全丧失。已有文献和专利报道，通过在纯钛和钛合金中添加适量银元素的方法获得了具有良好、长期抗菌性能的抗菌钛合金，但是这些钛合金的弹性模量与纯钛一样，达到100-110GPa，没有实现低模量的效果，无法消除植入体与骨组织间弹性模量差异造成的应力屏蔽。因此如何既能实现低模量，又能具有抗细菌感染的效果就成为医用钛合金发展的方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低模量含银抗感染医用钛合金，即在低模量Ti-15Mo钛合金化学成分的基础上添加适量的银及其他元素，经过特殊的抗菌热处理后，在医用钛合金的基体中析出一种纳米级钛银金属间化合物，从而赋予医用钛合金抗细菌感染的功能，同时热处理过程中保持基体合金低模量的力学特性。该钛合金可广泛应用于骨科等医学临床领域中使用的各类钛合金植入物，既能缓解现有钛合金植入物的“应力屏蔽”现象，又能解决植入物引发的细菌感染问题。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案为：

一种低模量含银抗感染医用钛合金，其化学成分的重量百分比为：Ag 1-20％；Mo13.00-17.00％，余量为Ti；

所述低模量含银抗感染医用钛合金的抗菌热处理工艺为：在850-1200℃下保温1h-7h，使合金中的所有合金化元素充分均匀地固溶于钛合金基体中，一方面，实现成分的均匀化；另一方面，实现钛合金β相转变。水冷或空冷至室温后，使钛合金中所有合金元素过饱和固溶于基体中，保持钛合金完全β相特性，获得低模量的力学特性。然后在300-750℃下保温5-15h，空冷至室温，使得过饱和固溶于钛合金基体中的银元素以纳米钛银金属间化合物的形式析出，在不改变基体相组成的基础上，赋予钛合金抗菌的效果。通过上述热处理，本发明所述的钛合金不仅具有了低模量的力学特性，而且具有了抗细菌感染的生物功能。在抗菌热处理过程中，温度与保温时间是两个非常重要的参数，过低的温度不利于纳米钛银金属件化合物的析出，过长的保温时间使析出相的尺寸明显增大，显著影响钛合金的抗菌性能与弹性模量。

进一步地，钛合金化学成分的重量百分比为：Ag 2-18％，Mo 13.00-17.00％，余量为Ti。

进一步地，钛合金化学成分的重量百分比为：Ag 5-15％，Mo 13.00-17.00％，余量为Ti。