[发明专利]一种含Mo元素的低弹、高强生物医用β钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种含Mo元素的低弹、高强生物医用β钛合金及其制备方法，在Ti‑27Nb‑6Zr合金基础配比基础上添加Mo元素，Mo的添加量变化范围为0 wt%、2 wt%、4 wt%、5 wt%、7 wt%，所述基础配比Ti‑27Nb‑6Zr是以团簇模型结构式[TiTi_13.4Zr_0.6]Nb₃为基础，添加Mo元素，Mo取代中心原子Ti，团簇模型式为[Ti_1‑yMo_yTi_13.4Zr_0.6]Nb₃，由此设计出基础配比Ti‑27Nb‑6Zr。以此制备合金，当Mo添加量为5 wt%时，制备的Ti‑27Nb‑6Zr‑5Mo合金出现椭球形β相，抗压强度为760 MPa，弹性模量为42.24 GPa，自腐蚀电压约为‑115.813 mV，自腐蚀电流密度约为1.259×10^‑5 A/cm²。Mo的加入能明显地降低合金的弹性模量，提高耐腐蚀性，更加满足钛合金植入人体的需求。

技术领域

本发明领域属于生物医用钛合金的制备技术领域，具体涉及低弹性模量高强度医用β钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金因密度低、可加工性好、与人体适应性好等优势，在骨植入体材料领域有着广泛地应用，但植入人体后，钛合金材料与人体骨相比具有相对较高的弹性模量，造成“应力屏蔽”的现象，导致植入体松动、脱落。早期的钛合金经历了从α型钛合金Ti-6Al-4V到α+β型钛合金Ti-5Al-2.5Fe和Ti-6Al-7Nb的转变，但合金中都含有有毒元素，不适合植入人体，且α及α+β型钛合金的弹性模量相对于骨组织还是较高，植入人体后造成“应力屏蔽”现象。β型钛合金由于其具有较低的弹性模量，并兼具良好的耐磨、耐腐蚀性及良好的生物相容性。

近年来，不含有毒元素的β型钛合金如Ti-Nb基，Ti-Mo基和Ti-Zr基等β型钛合金已成为研究的热点。Nb、Ta、Zr、Mo是无毒元素或低细胞毒性元素，生物相容性好，均可不同程度上改善合金的力学性能和耐磨性能。Nb、Ta、Mo元素能降低α/β转变温度，从而使β相区向较低温度移动，且在β相中比在α相中有较大的溶解度，与β-Ti同晶型，能形成无限固溶体，属同晶型β稳定元素，促进合金中β相的形成，降低合金的弹性模量；同时Mo能细化晶粒，也可进一步降低合金弹性模量；而Zr作为钛合金的强化元素，与钛形成强的作用键，起到强化的作用，有利于提高钛合金的强度；Ti、Zr、Ta、Nb、Mo等元素的氧化物比较稳定，不易发生水解，在人体中具有很好的耐蚀性。因此，综合合金化元素的自身毒性、对金属腐蚀性及力学性能的影响，Zr、Nb、Mo、Ta元素可作为医用钛合金制备的合金化元素。

钛合金的发展趋势主要集中在降低弹性模量方面，第三代β型钛合金的典型代表有Ti-Nb系、Ti-Mo系、Ti-Zr系、Ti-Nb-Hf系、Ti-Nb-Sn系Ti-Nb-Ta-Zr系、Ti-Nb-Zr-Sn系等，共同特点具有更低的弹性模量(40～100 GPa)，但第三代β型钛合金的弹性模量依然较人体骨骼偏高，如人的密质骨抗压强度100～230 MPa，弹性模量3～30 GPa；松质骨抗压强度2～12 MPa，弹性模量0.1～2 GPa。设计研制具有高度生物力学相容性和生物活性的硬组织替代材料，尤其是骨替代材料受到越来越多的关注。此外，医用材料的研究开发应同时考虑其生物相容性、综合力学性能和植入物安全性等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有低弹性模量、高强度、高耐腐蚀性的生物医用β钛合金及其制备方法。