CN110004325B - 一种高生物相容性锆合金 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高生物相容性锆合金，所述锆合金的组成为：ZraMbNcPdReeOf，其中M为Cu、Ni元素中的一种或几种；N为Li、Be、Mg、Al元素中的一种或几种；P为Hf、V、Mo、W、Ta元素的一种或几种与Ti和Nb的组合；Re为稀土元素中的一种或几种；其中a、b、c、d、e、f为各元素在锆合金中对应的原子百分比含量分别为：50≤a≤75，10≤b≤15，12≤c≤20，15≤d≤30，0＜e≤2，0＜f≤2。本发明提供的一种高生物相容性锆合金，生物相容性非常好，对人体组织的危害性特别小，组织结构上部分非晶相，部分为枝晶相，力学性能上综合了非晶相和枝晶相的优点，即高强度和良好的拉伸性，有较高的可靠性。

Description

一种高生物相容性锆合金
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高生物相容性锆合金。
背景技术
锆合金体系中的锆基块体非晶因同时拥有优异的力学性能、耐蚀性能而引起科学界的关注。此外，锆基金属玻璃还具有较大的弹性应变能力，弹性极限达到2％(医用不锈钢仅为0.3％，自然骨的弹性极限为1％)左右，弹性模量为70～100GPa(钛及Ti-6Al-4V合金约为110～125GPa，自然骨的弹性模量约为20GPa)，比常规的医用合金材料更接近人体自然骨的性能，此外，锆基块体非晶耐磨损摩擦，耐腐蚀，耐疲劳性能好，几乎不产生磨损碎屑。因此，锆基块体非晶合金在人工关节、牙根种植体以及股骨头支撑体等方面呈现出较为宽广的应用前景。
对于锆基非晶合金，目前已经开发出多种合金成分，如日本开发的Zr-Al-Ni-Cu合金体系，其非晶形成尺寸可以达到φ30mm。但该合金体系不仅制备条件比较苛刻，同时由于锆基非晶合金没有拉伸塑性，在耐冲击可靠性方面有较高的风险。因此研制具有拉伸塑性且生物相容性好的低弹性模量锆合金材料成为骨科人工关节材料发展的方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中锆基非晶合金作为骨植入物合金材料耐冲击可靠性差的问题，本发明公开了一种高生物相容性锆合金，通过向锆基中加入稀有金属元素和生物相容性更好的高熔点元素Ti、Nb等元素，制备出的锆合金同时具有非晶与枝晶的组织，从而在具有普通锆基非晶合金的生物相容性特别好、低弹、高强的优点之外，同时能够实现3％以上的断后延伸率，从而保障了产品的耐冲击可靠性。
为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案是：
一种高生物相容性锆合金，所述锆合金的组成为：ZraMbNcPdReeOf，其中a、b、c、d、e、f为各元素在锆合金中对应的原子百分比含量分别为：50≤a≤75，10≤b≤15，12≤c≤20，15≤d≤30，0＜e≤2，0＜f≤2,其中，M为Cu和/或Ni，N为Li、Be、Mg、Al元素中的一种或几种，P为Ti、Hf、Nb、V、Mo、W、Ta的至少两种，Re为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc元素中的一种或几种。
作为优选，上述各元素在锆合金中对应的原子百分比含量分别为：50≤a≤60，12≤b≤15，12≤c≤15，15≤d≤20，0≤e≤1，0≤f≤1。
作为优选，上述各元素在锆合金中对应的原子百分比含量分别为：Zr55M12N12P20Re0.5O0.5。
作为优选，上述P为Nb、V、Mo、W、Ta中的至少一种与Ti和Hf的组合。
本发明具有的有益效果：
(1)本发明的一种高生物相容性锆合金，组织结构上部分非晶相，部分为枝晶相(部分枝晶未充分长大，会呈现为圆形小晶粒)。
(2)本发明的一种高生物相容性锆合金，力学性能上综合了非晶相和枝晶相的优点，即高强度(屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥1200MPa)的同时具有一定的拉伸塑性(断后延伸率≥3％)，有较高的可靠性。
(3)本发明的一种高生物相容性锆合金，生物相容性非常好，对人体组织的危害性特别小。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明中块体非晶合金的制备工艺如下：
本实施例采用的原料Cu、Ni、Li、Be、Mg、Al、Nb、V、Mo、W、Ta、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc均为工业级纯度的金属，Zr和Ti金属为海绵锆、海绵钛，Hf也可以选择含一定量Hf的海绵锆，O可以为金属氧化物或其他杂质带入的氧，按原子百分比配好原料后，在氩气保护，经电弧熔炼或感应熔炼制备出母合金锭。为了保证所炼合金锭均匀，在电弧熔炼母合金锭时，需翻转3-4次，然后通过Cu模具浇铸，感应加热温度约1000℃，真空度10-1-10-2Pa。
具体实施例如下表所示：
Figure BDA0002026654340000031
经检测对比例1-5，其获得的各产品无二次枝晶出现。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种高生物相容性锆合金，其特征在于：所述锆合金的组成为：ZraMbNcPdReeOf，其中a、b、c、d、e、f为各元素在锆合金中对应的原子百分比含量分别为：50≤a≤75，10≤b≤15，12≤c≤20，15≤d≤30，0＜e≤2，f=1，其中，M为Cu和/或Ni，N为Li、Be、Mg、Al元素中的一种或几种，P为Ti、Hf、Nb、V、Mo、W、Ta的至少两种，RE 为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc元素中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的一种高生物相容性锆合金，其特征在于：所述各元素在锆合金中对应的原子百分比含量分别为：50≤a≤60，12≤b≤15，12≤c≤15，15≤d≤20，0≤e≤1，f=1。
3.如权利要求1或2所述的一种高生物相容性锆合金，其特征在于：所述P为Nb、V、Mo、W、Ta中的至少一种与Ti和Hf的组合。
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