CN104962779A - 一种Ti6Al4V合金及由该合金制备的骨科植入物 - Google Patents

一种Ti6Al4V合金及由该合金制备的骨科植入物 Download PDF

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王爱国
董乃光
宋晓东
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Abstract

本发明涉及一种Ti6A14V合金，元素组成按质量百分含量计，包括：Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.02～0.1％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。本发明还涉及一种由该合金制成的骨科植入物。由本发明的Ti6A14V合金制成的骨科植入物能够有效降低人体的感染。

Description

一种Ti6Al4V合金及由该合金制备的骨科植入物
技术领域
本发明涉及一种金属合金，尤其涉及一种Ti6Al4V合金及由该合金制备的骨科植入物。
背景技术
Ti6Al4V合金具有优良的力学性能、耐腐蚀性及生物相容性，是一种理想的外科植入材料。有关新型医用材料的研究很多，但Ti6Al4V合金仍是国内外技术最成熟、应用最广泛的外科植入物用钛合金，其加工材规格多为直径5～75mm，广泛应用于齿根植入、内固定螺钉、膝盖骨、髋关节和髋臼等方面。
在国外，Ti6Al4V合金早在20世纪50～60年代已在医学领域得到应用，美国外科植入物使用低间隙Ti6Al4V合金，Ti6Al4V合金也列入了ISO-5832-3国际标准，并给出了Ti6Al4V合金成分。国内标准GB/T13810—2007外科植入物用钛及钛合金加工材中也明指出Ti6Al4V合金的成分参照GB/T 3620.1-2007钛及钛合金牌号和化学成分。
表一：国内外外科植入物用钛合金标准中Ti6Al4V合金的成分表
元素 ISO-5832-3(质量百分比) GB/T 3620.1-2007(质量百分比)
Al 5.5～6.75 5.5～6.8
V 3.5～4.5 3.5～4.5
Fe ≤0.3 ≤0.3
O ≤0.2 ≤0.2
C ≤0.08 ≤0.08
N ≤0.05 ≤0.05
H ≤0.015 ≤0.015
Ti 余量 余量
中国专利CN103628052A公开了当Ti6A14V合金人工骨长期处于人体体液环境中时,其表面将会自发形成的具有防御保护性的二氧化钛薄膜，所生成的TiO2薄膜稳定性、耐久性差,且极可能被剥离甚至溶解于人体中,导致Ti6A14V合金中的有毒元素A1、V析出,并且随着这层TiO2薄膜的破坏,Ti6A14V合金表面的腐蚀作用将会加剧。由于Ti6A14V合金存在的磨损、腐蚀、植入感染问题，常常导致人工骨植入失败。上述两种标准中Ti6A14V合金均给出了氧含量最高不超过质量分数0.2％的限量及其他微量元素的限量范围，然而并没有给出一个如何能降低人体感染率的氧元素及其他微量元素的合理控制范围，一直困扰人们去寻找避免Ti6A14V合金造成的人体感染的问题，如CN103628052A号专利通过在钛合金微孔骨表面形成二氧化钛薄膜以避免人体感染，大大增加了成本。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种能够制造成本低、且能够显著降低人体感染率的Ti6A14V合金及由该合金制备的骨科植入物。
一种Ti6A14V合金，元素组成按质量百分含量计，包括：Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.02～0.1％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。
一种由Ti6A14V合金制备的骨科植入物，该骨科植入物的元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.02～0.1％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
Ti6A14V合金粉末的氧含量控制在0.02-0.1％的范围内能够有效降低人体对由Ti6A14V合金制备的骨科植入物感染率。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种Ti6A14V合金，元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.02～0.1％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
本发明的Ti6A14V合金为粉末状，通过原材料的配比，控制氧及各元素的含量，采用本发明的Ti6A14V合金粉末通过3D打印技术能够制备出齿根植入、内固定螺钉、膝盖骨、髋关节和髋臼等骨科植入物。本发明实施方式中，通过上述Ti6A14V合金粉末采用激光烧结式(SLS)3D打印方法打印形成齿根植入、内固定螺钉、膝盖骨、髋关节和髋臼等骨科植入物。
一种由Ti6A14V合金制备的骨科植入物，该骨科植入物的元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.02～0.1％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。本发明实施方式中，通过Ti6A14V合金粉末采用增量制造方法制成骨科植入物，具体的，采用激光烧结式(SLS)3D打印方法打印形成齿根植入、内固定螺钉、膝盖骨、髋关节和髋臼等骨科植入物。
实施例1
一种Ti6A14V合金，元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.02％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
一种由Ti6A14V合金制备的骨科植入物，该骨科植入物的元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.02％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
实施例2
一种Ti6A14V合金，元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.04％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
一种由Ti6A14V合金制备的骨科植入物，该骨科植入物的元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.04％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
实施例3
一种Ti6A14V合金，元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.06％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
一种由Ti6A14V合金制备的骨科植入物，该骨科植入物的元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.06％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
实施例4
一种Ti6A14V合金，元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.08％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
一种由Ti6A14V合金制备的骨科植入物，该骨科植入物的元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.02％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
实施例5
一种Ti6A14V合金，元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.1％，碳(C)：≤0.08％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
一种由Ti6A14V合金制备的骨科植入物，该骨科植入物的元素组成按质量百分含量计，包括：铝(Al)：5.5～6.75％，钒(V)：3.5～4.5％，铁(Fe)≤0.3％，氧(O)：0.02％，碳(C)：≤0.1％，氮(N)：≤0.05％，氢(H)：≤0.015％，钛(Ti)：余量。
当Ti6A14V合金粉末的氧含量控制在0.02-0.1％的范围内能够有效降低人体对由Ti6A14V合金制备的骨科植入物感染率。同时，本发明的Ti6A14V合金及由该钛合金制备的骨科植入物仅通过调节氧元素的含量以降低Ti6A14V合金对人体造成的感染，大大节省了通过Ti6A14V合金制备骨科植入物的成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Ti6A14V合金，元素组成按质量百分含量计，包括Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.02～0.1％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。
2.如权利要求1所述Ti6A14V合金，其特征在于：包括Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.02～0.08％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。
3.如权利要求1所述Ti6A14V合金，其特征在于：包括Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.04～0.08％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。
4.如权利要求1所述Ti6A14V合金，其特征在于：包括Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.02～0.06％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。
5.如权利要求1所述Ti6A14V合金，其特征在于：包括Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.02～0.04％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。
6.如权利要求1所述Ti6A14V合金，其特征在于：包括Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.04～0.08％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。
7.如权利要求1所述Ti6A14V合金，其特征在于：包括Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.06～0.08％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。
8.如权利要求1所述Ti6A14V合金，其特征在于：包括Al：5.5～6.75％，V：3.5～4.5％，Fe≤0.3％，O：0.08～0.1％，C：≤0.08％，N：≤0.05％，H：≤0.015％，Ti：余量。
9.一种骨科植入物，其由权利要求1-8任一项所述的Ti6A14V合金制成。
10.如权利要求9所述的骨科植入物，其特征在于：该骨科植入物通过Ti6A14V合金粉末采用增量制造方法形成。
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