CN101831575A - 一种口腔修复用铸造钛合金 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种口腔修复用铸造钛合金，它是由钛和铟组成的，各组分重量配比为：铟1～15％，钛为余量。用真空电弧炉熔炼成合金铸锭，之后将铸锭在850℃固溶处理1小时并淬火，将淬火后的合金铸锭热轧至1～2mm厚度所得到的铸造钛合金。合金各组分具有良好的生物相容性，在口腔内使用不会释放毒性离子；具有良好的抗腐蚀性，该合金以钛为基，继承了纯钛优异的抗腐蚀性能；机械强度比医用纯钛高，因而适于制造截面尺寸更小的修复体，例如卡环、支架、冠桥和可摘局部义齿等，能够改善患者的使用体验；得益于显微硬度的大幅提高，该合金的耐磨性得到改善，作为金属牙冠使用时能有效抵抗磨损引起的功能失效。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种口腔医用材料，具体地说是一种牙科修复用合金。
背景技术
口腔修复用金属主要包括两大类：贵金属合金和非贵金属合金。贵金属包括金、银和铂等，由于价格昂贵，已经逐渐被性能相当但价格便宜的非贵金属取代。目前非贵金属有钴铬合金、镍铬合金、不锈钢和钛合金等。钴铬合金和镍铬合金通常都含有对人体有害的金属元素，如钴和镍，也日渐引起关注。常用的口腔修复用不锈钢牌号为18/8型奥氏体不锈钢，由于其抗拉强度偏低，使修复体的卡环易松动变形，导致功能失效，目前也很少应用。钛合金是齿科金属材料中最有发展和应用前景的新材料，但由于钛工业起步较晚，能为临床使用的齿科钛合金品种更是少之又少。目前应用于临床的主要是Ti6Al4V合金和商业纯钛。Ti6Al4V合金最先应用于航空工业，由于其具有良好的机械性能和抗腐蚀性能而被引入生物材料领域，其在齿科修复和骨科植入等领域应用十分广泛。然而近些年的研究表明，该合金中的Al和V元素具有毒副作用，生物相容性不理想。商业纯钛只具有微量的杂质元素如：C、O、N，不含毒性元素，因而不存在生物相容性问题，但其机械强度和耐磨性尚不能完全满足临床要求。临床表现为，纯钛制作的卡环容易松动，纯钛金属牙冠对磨性能较差。因此研发抗腐蚀性能优异、生物相容性良好、综合力学性能优良的齿科医用钛合金具有十分重要的意义。
《钛在口腔义齿修复中的应用》(林江红，实用医学杂志2008年第24卷第13期，2360-2361)中，介绍了钛的基本理化性质，对钛的性能及口腔钛修复体的加工特点做了详细阐述，包括铸钛专用包埋料的选择、精密铸造技术、修复体的焊接技术以及钛瓷修复工艺。《纯钛及钛合金的表面修饰》(尹路，郭天文，口腔颌面修复学杂志2008年10月第9卷第4期，295-298)中，介绍了纯钛及钛合金表面改性与修饰一些常见处理方法，并对其特点进行了分析，为临床更好地应用纯钛及钛合金提供了理论参考。《中国口腔钛铸造技术的研究现状》(骆小平，郭天文，张建中，张霄炎，中华口腔医学杂志，2005年1月第40卷第1期，21-22)中，从以下几个方面综述了我国口腔钛铸造的研究和应用现状：牙科钛铸造机的可铸性能；铸钛包埋料；钛铸造工艺；钛铸件的表面处理；钛的激光焊接；钛表面烤瓷和钛树脂饰面。《口腔钛修复技术的研究进展》(刘亚林，张连云，天津医药，2002年4月第30卷第4期，254-255)中，评述了近年来口腔铸钛研究的前沿技术。主要涉及铸态表面烤瓷、钛合金的超塑性成型和铸态修复体的焊接技术等方面。另外申请号为02144726.8、200410020500.8、200810151355.5、200710133895.6等中国专利文件中；申请号为5091148、4830823等美国专利文件；JP2000026928(A)等日本专利文件中也有关于齿科修复合金的报道。但是这些报道中均未涉及到由钛(Ti)和铟(In)组成的合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有生物相容性良好、抗腐蚀性能优异、综合力学性能优良的口腔修复用铸造钛合金。
本发明的目的是这样实现的：
它是由钛(Ti)和铟(In)组成的，各组分重量配比为：铟(In)1～15％，钛(Ti)为余量。
各金属原料成分纯度≥99.9％，按配方比例配料后，利用齿科铸钛机熔炼。
利用熔模铸造方法铸造，包埋料选用纯钛铸造包埋料。
对铸造体进行切割、喷砂、抛光等铸造后处理，制备口腔修复体。
该合金的设计原因在于：在纯钛基础上添加一种元素铟(In)，以改善纯钛的强度和硬度，同时不损失纯钛的良好生物相容性和耐腐蚀性。铟(In)在钛(Ti)中以固溶形式存在，起固溶强化作用，能够提高合金的机械强度。由于铟(In)的熔点较低，与钛(Ti)形成的合金熔点有所降低，因而齿科纯钛现有的熔铸技术完全适用于本发明的新型合金。研究发现，铟(In)的添加对抗腐蚀性能影响微弱，腐蚀电位与维钝电流密度与纯钛(Ti)处于同一个数量级。本发明合金的Ti离子溶出浓度与纯钛(Ti)相差无几，均在10ng/cm2左右；In的溶出量极少，低于仪器检出限。细胞毒性研究表明，本发明设计的合金的细胞活性大于80％，没有明显的细胞毒性。故铟(In)的添加不会对纯钛(Ti)的良好生物相容性产生影响。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.合金的组成成分没有有害元素，具有与纯钛相当的良好生物相容性，在口腔内使用不会释放毒性离子。
2.继承了纯钛优异的抗腐蚀性能，在生理环境下腐蚀速率低，不会引起腐蚀失效。
3.由于含有合金元素铟，使得合金具有良好的机械性能，与纯钛相比有较大幅度提高，因而适于制造截面尺寸更小的修复体，例如卡环、支架、冠桥和可摘局部义齿等，能够改善患者的使用体验，缓解异物感。
4.得益于显微硬度的提高，该合金的耐磨性得到改善，作为金属牙冠使用时能够有效抵抗磨损引起的功能失效，使用寿命更长，减少更换次数和费用。
附图说明
图1为铸态合金的显微硬度对比；
图2为模拟唾液中Ti-In合金的开路电位曲线；
图3为模拟唾液中Ti-In合金的电化学极化测试曲线；
图4为DMEM溶液中浸泡3天后Ti离子析出结果；
图5A为L929成纤维细胞毒性评价结果；
图5B为NIH3T3成纤维细胞毒性评价结果。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述：
实施例1：
以海绵钛和铟块为原料配置合金料，各组分的设计质量分别为：钛(Ti)29.29g，铟(In)0.71g。用真空电弧炉熔炼成合金铸锭，之后将铸锭在850℃固溶处理1小时并淬火。将淬火后的合金铸锭热轧至1～2mm厚度。
实施例2：
以海绵钛和铟块为原料配置合金料，各组分的设计质量分别为：钛(Ti)26.64g，铟(In)3.36g。用真空电弧炉熔炼成合金铸锭，之后将铸锭在850℃固溶处理1小时并淬火。将淬火后的合金铸锭热轧至1～2mm厚度。
实施例3：
以海绵钛和铟块为原料配置合金料，各组分的设计质量分别为：钛(Ti)23.69g，铟(In)6.31g。用真空电弧炉熔炼成合金铸锭，之后将铸锭在850℃固溶处理1小时并淬火。将淬火后的合金铸锭热轧至1～2mm厚度。
实施例4：
以海绵钛和铟块为原料配置合金料，各组分的设计质量分别为：钛(Ti)21.08g，铟(In)8.92g。用真空电弧炉熔炼成合金铸锭，之后将铸锭在850℃固溶处理1小时并淬火。将淬火后的合金铸锭热轧至1～2mm厚度。
本发明的合金材料力学性能与商业纯钛对比见表1，显微硬度见图1，模拟唾液环境下开路电位曲线见图2，电化学极化曲线见图3，DMEM溶液中浸泡三天后Ti离子溶出结果见图4，小鼠L-929与NIH3T3成纤维细胞毒性评价结果见图5。
表1.固溶态商业纯钛(CP-Ti)与本发明的Ti-In合金力学性能对比
Claims (5)
1.一种口腔修复用铸造钛合金，其特征是：它是由钛和铟组成的，各组分重量配比为：铟1～15％，钛为余量。
2.根据权利要求1所述的一种口腔修复用铸造钛合金，其特征是：是钛29.29g、铟0.71g，用真空电弧炉熔炼成合金铸锭，之后将铸锭在850℃固溶处理1小时并淬火，将淬火后的合金铸锭热轧至1～2mm厚度所得到的铸造钛合金。
3.根据权利要求1所述的一种口腔修复用铸造钛合金，其特征是：是钛26.64g、铟3.36g，用真空电弧炉熔炼成合金铸锭，之后将铸锭在850℃固溶处理1小时并淬火，将淬火后的合金铸锭热轧至1～2mm厚度所得到的铸造钛合金。
4.根据权利要求1所述的一种口腔修复用铸造钛合金，其特征是：是钛23.69g、铟6.31g，用真空电弧炉熔炼成合金铸锭，之后将铸锭在850℃固溶处理1小时并淬火，将淬火后的合金铸锭热轧至1～2mm厚度所得到的铸造钛合金。
5.根据权利要求1所述的一种口腔修复用铸造钛合金，其特征是：是钛21.08g、铟8.92g，用真空电弧炉熔炼成合金铸锭，之后将铸锭在850℃固溶处理1小时并淬火，将淬火后的合金铸锭热轧至1～2mm厚度所得到的铸造钛合金。
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