[发明专利]一种铌铜合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铌铜合金材料及其制备方法，所述铌铜合金材料中以质量百分含量计包括：铌97‑99.5％，铜0.5‑3％，采用如下制备方法制备：(1)按配方将原料混合，进行高能球磨，得到中间料；(2)得到的中间料进行放电等离子体烧结，冷却后得到所述铌铜合金材料；其中，所述放电等离子体烧结包括在恒定压力下依次进行的第一升温、第一保温、第二升温、第二保温、第三升温、第三保温和降温。采用以铌为主要成分，铜为辅助成分，形成纳米晶铌铜双相合金，使得铌铜合金具有优异的生物相容性、强抗菌性和良好的促成骨作用，以及耐腐蚀、具有金属光泽等优点，并在生理环境中表现出良好的抗腐蚀性能，可以作为一种骨科医用材料进行使用。

技术领域

本发明涉及合金制备领域，具体涉及一种铌铜合金材料及其制备方法，尤其涉及一种用于抗菌骨科螺钉的铌铜合金材料及其制备方法。

背景技术

目前，金属基生物材料已经广泛的应用在骨科、齿科等临床医疗领域，对人体硬组织的重建修复、改善病人的生活质量至关重要。其中金属材料制备的固定器件被广泛应用于传统骨折治疗中。目前临床使用的医用生物金属固定器件主要有不锈钢、钴基合金、钛及其合金，以及镁、钽等金属及其合金。

如CN111388762A公开了一种纳米掺杂骨骼合金材料，它包括合金基料和热涂层，本发明的合金材料通过铝、铜、锰、纳米二氧化硅配合镁复合，有效的提高了成品的力学强度，其中加入了黏合剂可以进一步提高各金属原料间的粘结强度，提高成品的整体强度，该热涂层以钛酸四丁酯为前驱体，通过水解沉积，制备合金涂层，从而提高了成品的抗腐蚀性能。

CN103421990A公开了一种固骨钢钉的合金材料，各元素的质量百分比为，钛10％-15％、锆5％-7％、钯2％-5％、铂1％-3％、钌0.3％-0.7％、硼0.02％-0.5％、其余为铝。该合金材料利用各金属间的要互作用，植入骨中，可达到适于人体力学的弹性范围，其瞬间承压力强，可有效延长其使用寿命。

不锈钢材料作为最早的使用于生物医学领域，同时有着最广泛的应用。SUS316L是一种奥氏体不锈钢，是唯一一种用于骨固定、脊柱固定和心血管以及导尿管的材料，由于其中含有大量的镍元素，可能会引起强的生物毒性问题。不锈钢的耐磨性较差，这是钴基合金被(ASTM F75，Vitallium)引入制备髋关节假体的主要原因之一。钴基合金一般是指Co-Cr基合金，它们即使在氯化物环境中也表现出优异的耐腐蚀性，并且具有良好的耐磨性。它们的机械性能也很好，具有与不锈钢(约200GPa)相似的高弹性模量(220-230GPa)，并且比皮质骨(20-30GPa)高一个数量级。但是，在接触骨头时，由于它们的高模量，对邻近的骨会产生应力屏蔽效应，对骨头缺乏机械刺激可能会诱发其再吸收，从而导致植入物的最终失败和松动。并且，合金中的Co、Ni元素存在着严重致敏性，使其应用受到一定的限制。

虽然已经有多种合金基螺钉成功应用于临床，但这些金属螺钉还存在着一些缺陷。首先是金属植入材料在生理环境中腐蚀或磨损，进而造成金属离子溶出，而引发过敏等症状；其次是上文提到的“应力屏蔽”，金属材料很难具有匹配人骨的杨氏模量，使载荷无法由金属材料传递到相邻的骨组织，不利于骨的愈合，严重者可能造成二次骨折；同时，由于手术操作复杂，金属螺钉无法在体内降解需二次手术取出，术后的细菌感染造成的各种并发症依然是医学中的挑战之一。即，医用金属材料的研究热点主要在提高生物相容性，增加促成骨作用、骨传导性、力学性能和耐腐蚀的同时，得到有生物功能性的医用金属，解决手术中细菌感染等并发症。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铌铜合金材料及其制备方法，所制备的铌铜合金材料具有优异的生物相容性，强抗菌性，促成骨作用和骨传导性，以及耐腐蚀、具有金属光泽等优点，并在生理环境中表现出良好的抗腐蚀性能，和优异的抗菌性能，可作为骨科医用金属材料使用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种铌铜合金材料，所述铌铜合金材料中以质量百分含量计包括：铌97-99.5％，铜0.5-3％。