[发明专利]低相变温度钛锆铌钽形状记忆合金、制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种具有低相变温度的新型钛锆铌钽形状记忆合金，所述钛锆铌钽形状记忆合金的各成分按照原子百分比由15％‑25％的锆、11％‑15％的铌、4.5‑10％的钽和余量的钛组成，并且上述各成分的含量之和为100％。逆马氏体相变温度位于0‑45℃之间，最大形状记忆效应为3.9％，并通过一定热机械处理得到形状记忆效应大、生物相容性良好的合金产品。利用本发明提供低相变温度合金材料，利用先进机械加工技术制备一种典型医用骑缝钉产品，实现在人体医用骨科植入中的应用，进而可推广其制备接骨器、血管支架、骑缝钉以及诸多人体植入医疗器械领域产品。

技术领域：

本发明属于形状记忆合金技术领域，设计制备成分为Ti-(18～25)Zr-(11～13)Nb-(4.5～6)Ta具有低相变温度的新型四元形状记忆合金，并利用该新型合金制备人体医用骑缝钉产品。

背景技术

形状记忆合金由于其独特的形状记忆效应在航空航天、生物医学以及生活民用等领域得到了广泛的应用，尤其是近年来随着人体医用骨科植入器械的快速研发，形状记忆合金凭借其独特的功能特性及力学性能而在血管支架、骨科植入物应用方面快速发展。形状记忆效应作为形状记忆合金独有的功能特性，其产生原因来自于低温马氏体相与高温母相间的可逆转变，因此相变温度对于形状记忆合金能否在工况条件下发挥功能特性起到决定性作用。传统二元镍钛合金具有优良的可逆相变特性，然而由于相变温度普遍低于人体温度，需要对合金成分及热机械处理过程进行严格控制从而实现在人体医学方面的应用。而且研究中发现合金中Ni离子的溶出会对人体造成一定毒性，因此在获得合金低相变温度的研究目标下寻求一种生物安全的无镍形状记忆合金成为目前的研究热点。Cu基形状记忆合金(如Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Mn等)及Fe基形状记忆合金具有一定相变稳定性而在交通运输、机械制造等领域中得到使用，但该系列合金记忆效应小，且生物安全性无法满足人体使用要求。因此有必要在突破现有材料的基础上寻求一种生产及制备过程简单，相变温度接近于人体安全使用温度(0-50℃)，形状记忆效应良好的新型无镍形状记忆合金。

近年来无镍形状记忆合金研究领域中，Ti-Zr基形状记忆合金具有良好的形状记忆效应(形状回复大小高于4％)、可调相变温度范围(100-500℃)以及低弹模等性能特点，从而受到了广泛关注。申请号为CN201210159967的专利申请文件中提供了一种钛锆铌铁形状记忆合金，由10～40at.％的锆、5～20at.％的铌、0.1～10at.％的铁和余量的钛组成，其最大室温超弹性为3.1％，最大形状记忆效应为4.1％；申请号为CN201410282727.3的专利中提出一种成分为Ti-20Zr-10Nb-(2～4)Ta合金，其逆马氏体相变峰值温度为97～130℃，远低于Ti-20Zr-10Nb的550℃；具有宽温域(-196～135℃)超弹性，其最大室温超弹性为4.9％，最大形状记忆效应3.34％。而在该类专利中所提供形状记忆合金均无法满足0-50℃人体使用环境下的相变特性要求。

文献“Two-way shape memory effect in a Ti-Zr-Nb-Ta high temperatureshape memory alloy”提供一种成分为Ti-18.5Zr-10Nb-3.5Ta合金，其最大形状记忆效应为3.8％，逆马氏体相变温度As为191℃，但其仍然远高于人体安全使用温度。

发明内容

本发明的第一方面是提供一种具有低相变温度的钛锆铌钽形状记忆合金，所述钛锆铌钽形状记忆合金的各成分按照原子百分比由15％-25％的锆、11％-15％的铌、4.5-10％的钽和余量的钛组成，并且上述各成分的含量之和为100％。

在一个实施方案中，所述钛锆铌钽形状记忆合金的各成分按照原子百分比由18％-23％的锆、11％-13％的铌、4.5-6％的钽和余量的钛组成，并且上述各成分的含量之和为100％。