CN111471890B - 一种纳米晶合金材料的牙种植体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米晶金属/合金材料的牙种植体及其制备方法，所述纳米晶金属材料组分包括：按重量份，钛30‑99份，锆0‑60份，铜0‑30份，铌0‑30份，铝0‑20份，铁0‑10，锌0‑10份银0‑5份，钯0‑5份；所述牙种植体为直径2‑5mm，长度6‑16mm的纳米晶金属材料圆柱棒状体；所述牙种植体位于骨内的部分具有自攻螺纹结构，螺距0.6‑1.5mm，螺纹深度0.2‑0.7mm，所述螺纹截面为三角形，且该三角形顶部为圆弧形状。本发明抗断裂强度良好、生物相容性良好、弹性模量适中，并具有一定的抗菌作用，是一种性能仿生的牙种植体。

Description

一种纳米晶合金材料的牙种植体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金材料的牙种植体，具体涉及一种纳米晶合金材料的牙种植体及其制备方法。
背景技术
纳米晶材料：
传统医用金属材料块体纳米晶化后带来的性能提升。
纳米晶金属块体材料是指材料的晶粒尺寸在纳米量级范围的金属单质或者合金块体材料。纳米晶材料的特点是晶粒细小，缺陷密度较高，晶界体积分数较大。纳米晶块体金属材料具有强度高和良好塑性变形能力等传统金属材料无法比拟的优异性能。
Ti及钛合金纳米晶化：
Nie等[234]通过等径角挤压(ECAP)方法制备了纳米晶纯Ti。经过等径角挤压之后，纯Ti的晶粒尺寸从10～30mm减小到250nm，而且材料表面的粗糙度也由(119.70±18.93)nm降为(58.13±8.72)nm，但是接触角略有升高。拉伸实验结果表明，纯Ti的屈服强度由(559.5±41.7)MPa升高到(1190±14.1)MPa，延伸率由(16.0±1.4)％下降到(11.5±0.7)％。Nie等还用间接法评价了等径角挤压之后纯Ti对不同细胞(MG63细胞、L929细胞、ECV304细胞以及VSMC细胞)的细胞毒性。结果表明，细胞在ECAP-Ti浸提液中的存活率与纯Ti对照组相当。在体实验证明，ECAP-Ti植入比格犬之后，在术后不同的时间段内，ECAP-Ti植入组具有较高的骨矿物密度和新骨生成量。
Purcek等[235]评价了不同医用级纯Ti经过ECAP之后对材料力学性能的影响。由于IV级纯Ti中杂质更多，与II级纯Ti相比，IV级纯Ti在经过ECAP之后具有更高的强度和韧性。IV级纯Ti的力学性能甚至能与Ti-6Al-4V合金接近，因而能够消除由于Al、V等元素溶出造成的不良反应。
Valiev等[236]报道，经过ECAP处理之后Ti-6Al-4V合金的屈服强度和抗拉强度最少都能提高20％，同时合金的延伸率还能维持在12％。还有文献报道[237～239]，经过剧烈塑性变形之后的Ti-6Al-4V合金还具有超塑性。
Despang等[240]通过球磨和放电等离子烧结(SPS)的方法制备了Ti/1.3HMDS(HMDS:hexamethyldisi-lane，六甲基二硅烷)复合物，其晶粒尺寸只有370nm，研究表明，该复合材料比Ti-6Al-4V合金具有更高的耐磨能力、抗腐蚀能力和细胞相容性。Park等[241]采用生物相容性较好的Nb和Zr元素制备了超细晶的Ti-13Nb-12Zr合金，研究表明，超细晶的Ti-13Nb-13Zr合金具有更高的屈服强度的同时还具有更低的弹性模量。
以上说明来自《处在变革中的医用金属材料》郑玉峰等著:
现有牙种植体多采用纯钛或钛合金制作，主要存在如下问题：
1抗断裂强度不够；2弹性模量不适合，使应力过度集中于种植体颈部，容易造成局部骨的快速吸收；3易发生种植体周围炎症和严重感染，导致种植体的中远期感染脱落。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米晶合金材料的牙种植体及其制备方法，抗断裂强度良好、生物相容性良好、弹性模量适中，并具有一定的抗菌作用，是一种性能仿生的牙种植体。
为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：
本发明的一种纳米晶合金材料的牙种植体，所述纳米晶合金材料组分包括：按重量份，钛30-99份，锆0-60份，铜0-30份，铌0-30份，铝0-20份，铁0-10份，锌0-10份，银0-5份，钯0-5份；所述牙种植体为直径2-5mm，长度6-16mm的纳米晶合金材料圆柱棒状体；所述牙种植体位于骨内的部分具有自攻螺纹结构，螺距0.6-1.5mm，螺纹深度0.2-0.7mm，所述螺纹截面为三角形，且该三角形顶部为圆弧形状。
本发明的一种纳米晶合金材料的牙种植体的制备方法，其特征在于：按重量分，钛30-99份，锆0-60份，铜0-30份，铌0-30份，铝0-20份，铁0-10份，锌0-10份，银0-5份，钯0-5份；具体工艺步骤：
1)将上述组分在电镀炉中熔炼，高压扭转1/8～6次，得到晶粒1～75纳米的合金，所述合金弹性模量18～150，强度800～3000Mpa；
2)将步骤1)的合金材料作为种植体材料，通过3D打印机打印、机加工或注射成型工艺加工成所述种植体形态。
本发明的优点在于：
本发明抗断裂强度良好、生物相容性良好、弹性模量适中，并具有一定的抗菌作用，是一种性能仿生的牙种植体。
附图说明
图1是本发明制备方法的高压扭转的示意图。
1、上部铁砧；2、下部铁砧；3、样本；4、高压负载；5、扭转。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
本发明的一种纳米晶合金材料的牙种植体的制备方法，所述纳米晶合金材料组分包括：按重量份，钛30份，锆5份，铜5份，铌5份，铝5份，铁1，锌1份，银1份，钯1份；所述牙种植体为直径2mm，长度6mm的纳米晶合金材料圆柱棒状体；所述牙种植体位于骨内的部分具有自攻螺纹结构，螺距0.6mm，螺纹深度0.2mm，所述螺纹截面为三角形，且该三角形顶部为圆弧形状；
具体工艺步骤：
1)将上述组分在电镀炉中熔炼，高压扭转2次，得到晶粒10纳米的合金，所述合金弹性模量18，强度800Mpa；
2)将步骤1)的合金材料作为种植体材料，通过3D打印机打印、机加工或注射成型工艺加工成所述种植体形态。
实施例2：
本发明的一种纳米晶合金材料的牙种植体的制备方法，所述纳米晶合金材料组分包括：按重量份，钛50份，锆30份，铜15份，铌15份，铝10份，铁5，锌5份，银3份，钯3份；所述牙种植体为直径3mm，长度10mm的纳米晶合金材料圆柱棒状体；所述牙种植体位于骨内的部分具有自攻螺纹结构，螺距1mm，螺纹深度0.5mm，所述螺纹截面为三角形，且该三角形顶部为圆弧形状；
具体工艺步骤：
1)将上述组分在电镀炉中熔炼，高压扭转4次，得到晶粒40纳米的合金，所述合金弹性模量80，强度1000Mpa；
2)将步骤1)的合金材料作为种植体材料，通过3D打印机打印、机加工或注射成型工艺加工成所述种植体形态。
实施例3：
本发明的一种纳米晶合金材料的牙种植体的制备方法，所述纳米晶合金材料组分包括：按重量份，钛99份，锆60份，铜30份，铌30份，铝20份，铁10，锌10份，银5份，钯5份；所述牙种植体为直径5mm，长度16mm的纳米晶合金材料圆柱棒状体；所述牙种植体位于骨内的部分具有自攻螺纹结构，螺距1.5mm，螺纹深度0.7mm，所述螺纹截面为三角形，且该三角形顶部为圆弧形状；
具体工艺步骤：
1)将上述组分在电镀炉中熔炼，高压扭转6次，得到晶粒75纳米的合金，所述合金弹性模量150，强度3000Mpa；
2)将步骤1)的合金材料作为种植体材料，通过3D打印机打印、机加工或注射成型工艺加工成所述种植体形态。
高压扭转(HPT)可以追溯到珀西·布里奇曼(PercyBridgman)1946年获得诺贝尔物理学奖的实验，尽管它在金属加工中的应用要晚得多；
参加图1，具体方法：高压扭转是在受约束的高温高压过程中，合金材料在固定和旋转铁砧之间发生剪切变形，而不会失去原来的尺寸；将要拉紧的合金材料的圆盘被放置在上部铁砧与下部铁砧之间；施加一个大的压应力(通常是几个吉帕)，同时旋转上部铁砧或下部铁砧来产生扭转力；高压扭转(HPT)能不受约束地进行，即合金材料能自由地向外流动，或完全受约束，或在一定程度上允许向外流动，但有限制。
实施例1-3的的制备方法，能做到抗断裂强度良好、生物相容性良好、弹性模量适中，并具有一定的抗菌作用，是一种性能仿生的牙种植体。
如上所述，便可较为充分的实现本发明。以上所述仅为本发明的较为合理的实施实例，本发明的保护范围包括但并不局限于此，本领域的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变性变更均包括在本发明包括范围之内。
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Claims (2)

1.一种纳米晶合金材料的牙种植体，其特征在于：所述纳米晶合金材料组分包括：按重量份，钛30~99份，锆5~60份，铜5~30份，铌5~30份，铝5~20份，铁1~10份，锌1~10份，银1~5份，钯1~5份；所述牙种植体为直径2~5mm，长度6~16mm的纳米晶合金材料圆柱棒状体；所述牙种植体位于骨内的部分具有自攻螺纹结构，螺距0.6~1.5mm，螺纹深度0.2~0.7mm，所述螺纹截面为三角形，且该三角形顶部为圆弧形状；具体工艺步骤：
1)将组分在电镀炉中熔炼，高压扭转1/8~6次，得到晶粒1~75纳米的合金，强度800~3000Mpa；
2)将步骤1)的合金材料作为种植体材料，通过3D打印机打印、机加工或注射成型工艺加工成种植体形态。
2.根据权利要求1所述的一种纳米晶合金材料的牙种植体的制备方法，其特征在于：按重量份，钛30~99份，锆5~60份，铜5~30份，铌5~30份，铝5~20份，铁1~10份，锌1~10份，银1~5份，钯1~5份；具体工艺步骤：
1)将上述组分在电镀炉中熔炼，高压扭转1/8~6次，得到晶粒1~75纳米的合金，强度800~3000Mpa；
2)将步骤1)的合金材料作为种植体材料，通过3D打印机打印、机加工或注射成型工艺加工成种植体形态；
具体方法:高压扭转是在受约束的高温高压过程中，合金材料在固定和旋转铁砧之间发生剪切变形，而不会失去原来的尺寸；将要拉紧的合金材料的圆盘被放置在上部铁砧与下部铁砧之间；施加几个吉帕的压应力，同时旋转上部铁砧或下部铁砧来产生扭转力；高压扭转能不受约束地进行，合金材料能自由地向外流动，或完全受约束，或在一定程度上允许向外流动，但有限制。
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