CN105369063A - 一种医用骨固定器件的制备方法 - Google Patents

一种医用骨固定器件的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种医用骨固定器件的制备方法，选择如下的合金材料配方：Nb：4％-6％，Cu：2％-3％，Fe：6.5％-7.5％，Mo：3％-4％，Mn：1％～2％，Zr：5％～7％，Ge：0.6％～0.7％，Cr：2.5％-3.5％，Ca：1.5％-2.5％，Mg：0.15％-0.25％，C：0.1％以下，余量为Ti，通过选择合适粒度的各元素的元素粉或合金粉混合后通过注射成型烧结，得到所述的骨固定器件，本发明制得的骨固定器件的强度远大于医用纯钛材料，对人体内部环境友好，密度低，具有良好的熔炼、烧结加工性能，力学性质接近人骨，耐疲劳、耐腐蚀性能好。

Description

一种医用骨固定器件的制备方法
技术领域
本发明属于医疗卫生领域，尤其是涉及一种医用骨固定器件的制备方法。
背景技术
随着现代医学与材料学的发展，医用假肢、人工关节、骨固定器，牙齿植入物，心脏瓣膜罩等用于制造植入人体内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备在医疗卫生领域的应用日益广泛，上述部件的材料在生物相容性、强度、塑性、耐腐蚀性方面有了长足的发展。此前在在医学领域中广泛使用的医用合金有Ni-Cr系、Co系，Ti系等，其中Ti系的Ti-6Al-4V合金是应用最广泛的医用合金，但近年来发现，Ti-6Al-4V合金在使用中会析出极微量的钒和铝离子，其中析出的钒离子有毒性会引起不利的组织反应，铝离子会引起人体神经紊乱，降低细胞适应性等对人体造成危害的缺陷，目前主要的解决方法是通过表面涂层与其它处理技术在一定程度上阻止钒、铝等有毒元素离子的析出，但该方法的主要问题在于：增加了加工工序的复杂性，提高了成本，并且仍会有一部分钒、铝有毒元素析出，可靠性不能得到保证。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种医用骨固定器件的制备方法，其具有良好的强度、塑性、耐腐蚀性，并且无毒害，具有良好的生物相容性。
本发明完整的技术方案为：
一种医用骨固定器件的制备方法，按百分比含量称量好所需的各种高纯金属，其中各材料的成分组成为：
Nb：4％-6％，Cu：2％-3％，Fe：6.5％-7.5％，Mo：3％-4％，Mn：1％～2％，Zr：5％～7％，Ge：0.6％～0.7％，Cr：2.5％-3.5％，Ca：1.5％-2.5％，Mg：0.15％-0.25％，C：0.1％以下，余量为Ti，
所述材料为粉状，其中Ti、Zr、Cu、Fe、Mo、Cr、Ca、Nb、Mn熔炼为合金铸锭，然后制成粒度为120-160目的合金粉，Ge，C，Mg熔炼为合金铸锭，然后制成粒度为180-200目的合金粉，
所述合金粉的制备方法为：
a.采用真空感应炉冶炼，首先将Ti、Zr、Cu、Fe、Mo、Cr、Ca、Nb、Mn加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10-3-10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率至300-350KW至合金材料完全融化，保温5-10分钟，随后翻转坩埚，倒入石墨模具中，得到合金铸锭，对上述合金铸锭采用机械粉碎或雾化法制成所需粒度的合金粉；
b.采用真空感应炉冶炼，首先将Ge，C，Mg混合均匀，加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10-3-10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率至300-350KW至合金材料完全融化，保温5-10分钟，随后翻转坩埚，倒入石墨模具中，得到合金铸锭，对上述合金铸锭采用机械粉碎或雾化法制成所需粒度的合金粉；
将上述粉料加入粘结剂后再双行星混炼机中于140℃混炼60min制成流变性能均匀的喂料，其中粉末装载量为50vol％；在注射成形机上向所述骨板或接骨钉的模具中直接注射成形，注射温度为160～170℃、注射压力为70～100MPa，得到注射坯体；采用溶剂脱脂和热脱脂后，在真空气氛中进行烧结，真空度为1×10-4Pa，烧结温度为1100～1800℃，保温时间为220min，得到所述的医用骨固定器件。
所述材料的成分优选组成为：
Nb：5％，Cu：2.4％，Fe：7％，Mo：3％，Mn：1.4％，Zr：6％，Ge：0.65％，Cr：3％，Ca：2％，Mg：0.2％，C：0.03，余量为Ti。
所述的骨固定器件为骨板或接骨钉。
本发明相对于现有技术的优点为：
合金成分科学，Zr、Ge等元素增加了合金的生物相容性，并且合理的合金成分设置，使得组分之间形成稳定的结合，该合金材料制得的骨板或接骨钉在人体内部环境中，Cu、Cr等金属离子不会析出，对人体无害，具有非常良好的生物相容性。Mn、Fe、Mo、Nb等元素在Ti合金中以固溶形式存在，起到固溶强化的作用，Fe等元素降低了Ti合金的熔点，有利于烧结或熔炼，Ca，C、Cr、Cu、Fe、Mg、C显著增加了合金的耐腐蚀性，该材料的强度远大于医用纯钛材料，对人体内部环境友好，密度低，具有良好的熔炼、烧结加工性能，力学性质接近人骨，耐疲劳、耐腐蚀性能好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
按百分比含量称量好所需的各种高纯金属：其中各材料的成分组成为：
Nb：4％-6％，Cu：2％-3％，Fe：6.5％-7.5％，Mo：3％-4％，Mn：1％～2％，Zr：5％～7％，Ge：0.6％～0.7％，Cr：2.5％-3.5％，Ca：1.5％-2.5％，Mg：0.15％-0.25％，C：0.1％以下，余量为Ti，
采用真空感应炉冶炼，首先将Ti、Zr、Cu、Fe、Mo、Cr、Ca、Nb、Mn加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10-3-10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率至300-350KW至合金材料完全融化，保温5-10分钟，随后翻转坩埚，倒入石墨模具中，得到合金铸锭，对上述合金铸锭采用机械粉碎或雾化法制成粒度为120-160目的合金粉。
采用真空感应炉冶炼，首先将Ge，C，Mg混合均匀，加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10-3-10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率至300-350KW至合金材料完全融化，保温5-10分钟，随后翻转坩埚，倒入石墨模具中，得到合金铸锭，对上述合金铸锭采用机械粉碎或雾化法制成粒度为180-200目的合金粉。
将上述粉料加入粘结剂后再双行星混炼机中于140℃混炼60min制成流变性能均匀的喂料，其中粉末装载量为50vol％；在注射成形机上向所述骨板或接骨钉的模具中直接注射成形，注射温度为160～170℃、注射压力为70～100MPa，得到注射坯体；采用溶剂脱脂和热脱脂后，在真空气氛中进行烧结，真空度为1×10-4Pa，烧结温度为1100～1800℃，保温时间为220min，得到所述的骨板或接骨钉。
优选的，所述材料的成分组成为：
Nb：5％，Cu：2.4％，Fe：7％，Mo：3％，Mn：1.4％，Zr：6％，Ge：0.65％，Cr：3％，Ca：2％，Mg：0.2％，C：0.03，余量为Ti。

Claims (3)

1.一种医用骨固定器件的制备方法，其特征在于，按百分比含量称量好所需的各种高纯金属，其中各材料的成分组成为：
Nb：4％-6％，Cu：2％-3％，Fe：6.5％-7.5％，Mo：3％-4％，Mn：1％～2％，Zr：5％～7％，Ge：0.6％～0.7％，Cr：2.5％-3.5％，Ca：1.5％-2.5％，Mg：0.15％-0.25％，C：0.1％以下，余量为Ti，
所述材料为粉状，其中Ti、Zr、Cu、Fe、Mo、Cr、Ca、Nb、Mn熔炼为合金铸锭，然后制成粒度为120-160目的合金粉，Ge，C，Mg熔炼为合金铸锭，然后制成粒度为180-200目的合金粉，
所述合金粉的制备方法为：
a.采用真空感应炉冶炼，首先将Ti、Zr、Cu、Fe、Mo、Cr、Ca、Nb、Mn加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10-3-10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率至300-350KW至合金材料完全融化，保温5-10分钟，随后翻转坩埚，倒入石墨模具中，得到合金铸锭，对上述合金铸锭采用机械粉碎或雾化法制成所需粒度的合金粉；
b.采用真空感应炉冶炼，首先将Ge，C，Mg混合均匀，加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10-3-10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率至300-350KW至合金材料完全融化，保温5-10分钟，随后翻转坩埚，倒入石墨模具中，得到合金铸锭，对上述合金铸锭采用机械粉碎或雾化法制成所需粒度的合金粉；
将上述粉料加入粘结剂后再双行星混炼机中于140℃混炼60min制成流变性能均匀的喂料，其中粉末装载量为50vol％；在注射成形机上向所述骨板或接骨钉的模具中直接注射成形，注射温度为160～170℃、注射压力为70～100MPa，得到注射坯体；采用溶剂脱脂和热脱脂后，在真空气氛中进行烧结，真空度为1×10-4Pa，烧结温度为1100～1800℃，保温时间为220min，得到所述的医用骨固定器件。
2.一种如权利要求1所述的医用骨固定器件的制备方法，其特征在于，所述材料的成分组成为：
Nb：5％，Cu：2.4％，Fe：7％，Mo：3％，Mn：1.4％，Zr：6％，Ge：0.65％，Cr：3％，Ca：2％，Mg：0.2％，C：0.03，余量为Ti。
3.如权利要求1或2所述的一种医用骨固定器件材料，其特征在于，所述的骨固定器件为骨板或接骨钉。
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