DE19935935A1 - Hard fabric replacement material used e.g. as bone joint is produced from a titanium alloy containing zirconium - Google Patents

Hard fabric replacement material used e.g. as bone joint is produced from a titanium alloy containing zirconium

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DE19935935A1 DE1999135935 DE19935935A DE19935935A1 DE 19935935 A1 DE19935935 A1 DE 19935935A1 DE 1999135935 DE1999135935 DE 1999135935 DE 19935935 A DE19935935 A DE 19935935A DE 19935935 A1 DE19935935 A1 DE 19935935A1
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Mitsuo Niinomi
Masahiko Morinaga
Daisuke Kuroda
Yoshihisa Kato
Toshiaki Yashiro
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Abstract

Hard fabric replacement material is produced from a titanium alloy containing 0.01-10 wt.% zirconium.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION 1. GEBIET DER ERFINDUNG1. FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft aus Titanlegierungen hergestellte Hartgewebe-Ersatzmaterialien, die für eine Knochen-Voll- oder Knochen-Teilprothese eingesetzt werden, ein Zusatzmaterial hierzu oder dergleichen.The invention relates to hard tissue replacement materials made from titanium alloys an additional material for a full or partial bone prosthesis for this or the like.

2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK2. DESCRIPTION OF THE RELATED ART

Typischerweise wird auf Grund einer im Vergleich zu anderen Metallen höheren Biokompatibilität des Titans eine Aluminium- und Vanadium-haltige Titanlegierung (Ti-6Gew.-%Al-4Gew.-%V) als medizinische Prothese, beispielsweise für Knochen und Zahnwurzeln, verwendet.Typically due to a higher compared to other metals Biocompatibility of the titanium an aluminum and vanadium-containing titanium alloy (Ti-6 wt .-% Al-4 wt .-% V) as a medical prosthesis, for example for bones and Tooth roots, used.

Allerdings berichten verschiedene Studien, daß Vanadium in der obigen Titanlegierung für menschlichen Zellen toxisch ist. Es wurde eine wünschenswerte (α+β)-Typ-Titanlegierung beispielsweise eine Ti-6Gew.-%Al-7Gew.-%Nb-Legierung, eine Ti-5Gew.-%Al-2,5Gew.-%Fe- Legierung oder eine vergleichbare Legierung, geprüft, indem anstelle von Vanadium Nb oder Fe zugesetzt wurde. Einige Studien berichten, daß Aluminium in der Titanlegierung eine Demenz verursachen kann. However, various studies report that vanadium is used in the above titanium alloy is toxic to human cells. It became a desirable (α + β) type titanium alloy for example a Ti-6% by weight Al-7% by weight Nb alloy, a Ti-5% by weight Al-2.5% by weight Fe- Alloy or a comparable alloy, tested by instead of vanadium Nb or Fe was added. Some studies report that aluminum in the Titanium alloy can cause dementia.  

Demnach wurden Titanlegierungen vom β-Typ erarbeitet, bei denen metallische Elemente verwendet werden, die nichttoxisch und nichtabstoßend sind und eine Streckbarkeit, die höher ist als die der (α+β)-Typ-Titanlegierung, eine sehr gute Kaltverarbeitbarkeit und einen geringen Elastizitätsmodul aufweisen, so daß sie dem biologischen Hartgewebe nahe kommen.Accordingly, titanium alloys of the β type were developed, in which metallic elements are used that are non-toxic and non-repellent and that are stretchable is higher than that of the (α + β) -type titanium alloy, very good cold workability and have a low modulus of elasticity, so that they are close to the biological hard tissue come.

Die β-Typ-Titanlegierungen umfassen beispielsweise eine Ti-13Gew.-%Nb-13Gew.-%Zr- Legierung, eine Ti-16Gew.-%Nb-10Gew.-%Hf-Legierung, eine Ti-15Gew.-%Mo- Legierung, eine Ti-15Gew.-%Mo-5Gew.-%Zr-3Gew.-%Al-Legierung, eine Ti-12Gew.-%Mo-6Gew.-%Zr-2Gew.-%Fe-Legierung, eine Ti-i5Gew.-%Mo-2,8Gew.-%Nb-0,2Gew.-% Si-0,26Gew.-%O-Legierung oder dergleichen.The beta type titanium alloys include, for example, a Ti-13 wt% Nb-13 wt% Zr- Alloy, a Ti-16% by weight Nb-10% by weight Hf alloy, a Ti-15% by weight Mo- Alloy, a Ti-15% by weight Mo-5% by weight Zr-3% by weight Al alloy, a Ti-12 wt% Mo-6 wt% Zr-2 wt% Fe alloy, a Ti-i5 wt% Mo-2.8 wt% Nb-0.2 wt% Si-0.26 wt% O alloy or the like.

Es wurde jedoch nicht festgestellt, welche Komponente einer Titanlegierung bei diesen β-Typ-Titanlegierungen für ein Hartgewebe-Ersatzmaterial geeignet ist, wie es für Prothesen verwendet wird.However, it has not been determined which component of a titanium alloy in these β-type titanium alloys are suitable for a hard tissue replacement material, as is the case for prostheses is used.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Das Ziel der Erfindung besteht also darin, ein Hartgewebe-Ersatzmaterial bereitzustellen, das aus einer alternativen Titanlegierung hergestellt ist, die für Ersatzmaterialien des Hartgewebes eines lebenden Körpers geeignet ist und eine geeignete Festigkeit, hohe Duktilität, hohe Verschleißfestigkeit, einen niedrigen Elastizitätsmodul und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzt, so daß sie an die Aktivitäten in einem lebenden Körper angepaßt ist.The aim of the invention is therefore to provide a hard tissue replacement material which is made from an alternative titanium alloy used for replacement materials of the Hard tissue of a living body is suitable and suitable strength, high Ductility, high wear resistance, a low modulus of elasticity and one possesses excellent corrosion resistance, so that it can react to the activities in one living body is adapted.

Als Ergebnis der ernst zu nehmenden Studien der Erfinder über β-Typ-Titanlegierungen zum Erreichen des Ziels, stellt die Erfindung ein Hartgewebe-Ersatzmaterial bereit, wobei eine Ti-Ta-Zr-Legierung, die aus Titan mit festgelegten Mengen an Tantal (Ta) und Zirconium (Zr) hergestellt ist, oder eine Ti-Nb-Ta-Legierung, die aus Titan mit einer festgelegten Menge eines Gemisches von Niob (Nb) und Tantal (Ta) und einer zuvor festgelegten Menge von einem oder mehreren Elementen, ausgewählt aus Molybdän (Mo), Zirconium (Zr) und Zinn (Sn), hergestellt ist, verwendet wurde.As a result of the inventors' serious studies on β-type titanium alloys To achieve the goal, the invention provides a hard tissue replacement material, wherein a Ti-Ta-Zr alloy made from titanium with fixed amounts of tantalum (Ta) and Zirconium (Zr) is made, or a Ti-Nb-Ta alloy, which is made of titanium with a specified amount of a mixture of niobium (Nb) and tantalum (Ta) and one previously  specified amount of one or more elements selected from molybdenum (Mo), Zirconium (Zr) and tin (Sn), was used.

Eines der erfindungsgemäßen Hartgewebe-Ersatzmaterialien ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Titanlegierung verwendet wird, die aus 20 bis 60 Gew.-% Ta, 0,01 bis 10 Gew.-% Zr, Rest Titan und unvermeidbare Verunreinigungen besteht.One of the hard tissue replacement materials according to the invention is characterized in that that a titanium alloy is used which consists of 20 to 60 wt.% Ta, 0.01 to 10 wt.% Zr, remainder titanium and unavoidable impurities.

Dadurch wird das zuvor erwähnte Ziel erreicht, so daß Hartgewebe-Ersatzmaterial mit geeigneter Festigkeit, hoher Duktilität, hoher Verschleißfestigkeit, geringem Elastizitätsmodul und verbesserter Korrosionsbeständigkeit realisierbar ist, das sich den Aktivitäten eines lebenden Körpers anzupassen vermag. Dem obigen Hartgewebe- Ersatzmaterial wird zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und zum Erhalt der β-Phase des Legierungsaufbaus Ta zugesetzt. Beträgt der Ta-Gehalt weniger als 20 Gew.-%. so läßt sich die β-Phase nicht leicht herstellen. Wenn andererseits der Ta-Gehalt 60 Gew.-% übersteigt, so steigt der Schmelzpunkt sehr stark an, so daß kein gleichmäßiger Legierungsaufbau erhalten wird und sich die Verarbeitbarkeit schlagartig verschlechtert. Somit ward der Ta-Gehalt als der hier zuvor beschriebene Bereich festgelegt. Der mehr bevorzugte Bereich für den Ta-Gehalt liegt zwischen 40 und 60 Gew.-%, wobei der gleichmäßigere Legierungsaufbau der β-Einzelphase erhalten wird. Werden 0,01 Gew.-% oder mehr Zr zugesetzt, so verbessern sich die mechanischen Eigenschaften, liegt der Zr- Gehalt jedoch über 10 Gew.-%, so wird die Legierung spröde, und der Elastizitätsmodul steigt extrem an, daher wird der zuvor angegebene Bereich festgelegt.This achieves the aforementioned goal, so that hard tissue replacement material with suitable strength, high ductility, high wear resistance, low Elastic modulus and improved corrosion resistance can be realized, the Can adapt activities of a living body. The above hard tissue Replacement material is used to improve corrosion resistance and to maintain the β phase of the alloy structure Ta added. The Ta content is less than 20% by weight. so the β phase is not easy to manufacture. On the other hand, if the Ta content is 60% by weight exceeds, the melting point rises very sharply, so that no uniform Alloy structure is obtained and the workability suddenly deteriorates. Thus, the Ta content was set as the range described above. The more preferred range for the Ta content is between 40 and 60% by weight, the more uniform alloy structure of the β single phase is obtained. If 0.01% by weight or more Zr added, the mechanical properties improve, the Zr However, if the content exceeds 10% by weight, the alloy becomes brittle and the modulus of elasticity rises extremely, so the previously specified range is determined.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Hartgewebe-Ersatzmaterial ist durch die Verwendung einer Titanlegierung gekennzeichnet, die aus 20 bis 60 Gew.-% Nb und Ta zusammen besteht wobei ein oder mehrere Zusätze ausgewählt sind aus 0,01 bis 10 Gew.-% Mo, 0,01 bis 15 Gew.-% Zr und 0,01 bis 15 Gew.-% Sn, Rest Titan und unvermeidbare Verunreinigungen.Another hard tissue replacement material according to the invention is the use of a Titanium alloy characterized, which consists of 20 to 60 wt .-% Nb and Ta together wherein one or more additives are selected from 0.01 to 10% by weight of Mo, 0.01 to 15 % By weight of Zr and 0.01 to 15% by weight of Sn, balance titanium and unavoidable impurities.

Hieraus läßt sich ebenfalls ein Hartgewebe-Ersatzmaterial mit geeigneter Festigkeit, hoher Duktilität, hoher Verschleißfestigkeit und einem geringen Elastizitätsmodul und einer ver­ besserten Korrosionsbeständigkeit herstellen, das sich an die Aktivitäten eines lebenden Körpers anzupassen vermag. Erwünscht ist, daß der Mischbereich von Nb und Ta bis maximal 50 Gew.-% reicht.This can also be a hard tissue replacement material with suitable strength, high Ductility, high wear resistance and a low modulus of elasticity and a ver  produce better corrosion resistance that adapts to the activities of a living Body can adapt. It is desirable that the mixing range from Nb and Ta to a maximum of 50% by weight is sufficient.

Der Nb-Gehalt beträgt vorzugsweise über 15 Gew.-% bis 50 Gew.-%. Bis zu 15 Gew.-% Nb scheidet sich die α-Phase aus dem Legierungsaufbau ab. Die Zugabe von mehr als 50 Gew.-% Nb führt zu einer unzureichenden Duktilität. Daher beträgt der Nb-Gehalt vorzugsweise maximal 45 Gew.-%.The Nb content is preferably above 15% by weight to 50% by weight. Up to 15 wt% Nb the α phase separates from the alloy structure. The addition of more than 50% by weight Nb leads to insufficient ductility. Therefore, the Nb content is preferably maximum 45% by weight.

Es ist erwünscht, daß der Ta-Gehalt über 6 Gew.-% bis 20 Gew.-% beträgt. Ein Gehalt von bis zu 6 Gew.-% Ta führt zu einer unzureichenden Duktilität. Liegt der Ta-Gehalt über 20 Gew.-%, so steigt ein Schmelzpunkt der Legierung als solche sehr stark an. Daher beträgt der Ta-Gehalt maximal vorzugsweise 15 Gew.-%.It is desirable that the Ta content be over 6% to 20% by weight. A salary of up to 6 wt.% Ta leads to insufficient ductility. If the Ta content is above 20 % By weight, a melting point of the alloy as such rises very sharply. Therefore is the maximum Ta content is preferably 15% by weight.

Eine Auswahl von einem oder mehreren aus 0,01 bis 10 Gew.-% Mo, 0,01 bis 15 Gew.-% Zr und 0,01 bis 15 Gew.-% Sn wird der zuvor erwähnten Titanbasis-Legierung (Ti-Nb-Ta- Legierung) zugesetzt, wodurch die Titanlegierung erhalten wird, mit der die Stabilisierung der hier beschriebenen Eigenschaften erreicht wird. Die Wirkungen, wie hier zuvor beschrieben, sind begrenzt, und die Kosten steigen, wenn die Zusätze jeweils den Maximalwert übersteigen, deshalb werden die obigen Bereiche gewählt.A selection of one or more of 0.01 to 10 wt% Mo, 0.01 to 15 wt% Zr and 0.01 to 15 wt.% Sn is the aforementioned titanium base alloy (Ti-Nb-Ta- Alloy) is added, whereby the titanium alloy is obtained with which the stabilization of the properties described here is achieved. The effects, like here before are limited and the costs increase if the additions to each Exceed the maximum value, therefore the above ranges are selected.

Die Erfindung umfaßt das Hartgewebe-Ersatzmaterial, für das eine Titanlegierung verwendet wird, die die zuvor genannte Titanlegierung unter Zusatz von 0,01 bis 0,5 Gew.-% Palladium (Pd) ist. Palladium dient der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität. Die hier zuvor beschriebenen Wirkungen können allerdings nicht erhalten werden, wenn der Pd-Gehalt unter 0,01 Gew.-% liegt, und wenn er über 0,5 Gew.-% steigt, wird kein vollständiger fester Lösungszustand erreicht, woraus sich der vorgenannte Gehaltsbereich ergibt. Hinsichtlich der Homogenität des festen Lösungszustandes und der Wirkungen beträgt der mehr bevorzugte Bereich für den Pd-Gehalt 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%. The invention includes the hard tissue replacement material for which a titanium alloy is used, the aforementioned titanium alloy with the addition of 0.01 to 0.5 wt .-% Palladium (Pd) is. Palladium is used to improve corrosion resistance and Biocompatibility. However, the effects described here cannot be obtained if the Pd content is less than 0.01% by weight and if it is more than 0.5% by weight increases, no complete solid solution state is reached, from which the above-mentioned salary range results. Regarding the homogeneity of the solid Solution state and effects is the more preferred range for the Pd content 0.1 wt% to 0.3 wt%.  

Die Erfindung umfaßt das Hartgewebe-Ersatzmaterial, bei dem die Titanlegierung ein plastisches Verformungsverfahren mit einer Bereichsreduktion von 95% oder mehr erfahren hat, wodurch die durchschnittliche Kristallkorngröße des resultierenden Legierungsaufbaus 10 µm oder weniger beträgt.The invention includes the hard tissue replacement material in which the titanium alloy plastic deformation process with an area reduction of 95% or more experienced what caused the average crystal grain size of the resulting Alloy structure is 10 µm or less.

Die Kristallkorngröße in dem Legierungsaufbau wird auf 10 µm oder weniger eingestellt, wodurch das Hartgewebe-Ersatzmaterial die verbesserte Festigkeit und Verschleißfestigkeit und die kontrollierte Duktilität und den kontrollierten Elastizitätsmodul aufweist. Die Bereichsreduktion (Verhältnis der Querschnittsreduktion) beträgt (1-A1/A0) × 100%, worin A0 für die Querschnittsfläche vor dem plastischen Verformungsverfahren und A1 für den Flächenquerschnitt nach dem plastischen Verformungsverfahren steht.The crystal grain size in the alloy structure is set to 10 µm or less, whereby the hard tissue substitute material has the improved strength and wear resistance and the controlled ductility and the controlled elastic modulus. The area reduction (ratio of the cross-sectional reduction) is (1-A 1 / A 0 ) × 100%, where A 0 stands for the cross-sectional area before the plastic deformation process and A 1 for the cross-sectional area after the plastic deformation process.

Außerdem umfaßt die Erfindung das Hartgewebe-Ersatzmaterial unter Verwendung der Titanlegierung, die zur Rekristallisation der Kristallkörner in dem Legierungsaufbau ein Lösungsglühen erfahren hat. Ferner ist auch das Hartgewebe-Ersatzmaterial unter Verwendung der Titanlegierung eingeschlossen, die nach dem Lösungsglühen eine Alterungsbehandlung erfahren hat.The invention also includes the hard tissue replacement material using the Titanium alloy used to recrystallize the crystal grains in the alloy structure Has experienced solution annealing. The hard tissue replacement material is also under Use of the titanium alloy included, which after solution annealing a Has undergone aging treatment.

Durch das Lösungsglühen und/oder die Alterungsbehandlung lassen sich die Kristallkörner der β-Phase in der Titanlegierung verfeinern, die Festigkeit entsprechend vergrößern und die Duktilität und der Elastizitätsmodul moderat gestalten.The crystal grains can be removed by solution annealing and / or the aging treatment refine the beta phase in the titanium alloy, increase the strength accordingly and the Design ductility and the modulus of elasticity moderately.

Folglich können, falls Hartgewebe-Ersatzmaterialien als Knochenprothese, Zahnwurzel oder Bauelemente für Gebisse, ein künstliches Glied oder Bein verwendet werden, die Wirkungen und Eigenschaften zur Anpassung an die Aktivitäten eines lebenden Körpers erhalten werden, woraus sich ein Beitrag zur Verbesserung der Medizintechnik ergibt.Consequently, if hard tissue replacement materials can be used as a bone prosthesis, tooth root or Components that are used for dentures, an artificial limb or leg Effects and properties to adapt to the activities of a living body be obtained, which results in a contribution to the improvement of medical technology.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 ist ein schematisches Flußdiagramm und zeigt die Verfahren zum Erhalt des erfindungsgemäßen Hartgewebe-Ersatzmaterials. Figure 1 is a schematic flow diagram showing the processes for obtaining the hard tissue replacement material of the invention.

Die Fig. 2(A) bzw. 2(B) stellen eine Draufsicht bzw. eine seitliche Draufsicht auf eine Zugprobe aus den Titanlegierungen der Beispiele und aus vergleichbaren Legierungen dar.The Fig. 2 (A) and 2 (B) are a plan view and a side plan view of a tensile test specimen from the titanium alloys of the examples and of comparative alloys.

Fig. 3 ist eine Kurve und zeigt die Beziehung zwischen Härte und Bearbeitungsdauer bei einer Alterungsbehandlung für jede Titanlegierung der Beispiele. Fig. 3 is a graph showing the relationship between hardness and processing time at an aging treatment for any titanium alloy of the Examples.

Fig. 4 ist ein Balkendiagramm und zeigt die Zugfestigkeit der Beispiele und dem Vergleichsbeispiele. Fig. 4 is a bar graph showing the tensile strength of the examples and the comparative examples.

Fig. 5 ist ein Balkendiagramm und zeigt die Duktilität der Beispiele und Vergleichsbeispiele. Fig. 5 is a bar chart showing the ductility of the examples and comparative examples.

Fig. 6 ist ein Balkendiagramm und zeigt den Elastizitätsmodul der Beispiele und Vergleichsbeispiele. Fig. 6 is a bar chart showing the elastic modulus of the examples and comparative examples.

Fig. 7(A) ist eine schematische Ansicht und zeigt die Form eines Prüfgerätes zur Prüfung der Verschleißfestigkeit, und Fig. 7(B) ist ein Balkendiagramm und zeigt die Verschleiß­ festigkeit der Beispiele und der Vergleichsbeispiele; Fig. 7 (A) is a schematic view showing the shape of a tester for testing wear resistance, and Fig. 7 (B) is a bar graph showing the wear resistance of the examples and the comparative examples;

die Fig. 8(A) bis 8(E) sind schematische Ansichten und zeigen die entsprechenden Herstellungsverfahren zum Erhalt der Proben für die Beispiele; und Figs. 8 (A) to 8 (E) are schematic views showing the corresponding manufacturing processes for obtaining the samples for the examples; and

Fig. 9 ist ein Balkendiagramm und zeigt die Zugfestigkeit und die dazugehörigen Daten der in den Fig. 8 gezeigten Beispiele und Vergleichsbeispiele. Figure 9 is a bar graph showing the tensile strength and associated data of the examples and comparative examples shown in Figure 8.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT (DE)

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen ausführlich beschrieben.The preferred embodiment of the invention will now be described by way of examples described in detail.

Titanlegierungen verschiedener Zusammensetzungen, in denen Titan als Basis mit Nb und Ta kombiniert ist, mit einer ebenso hohen Biokompatibilität wie Titan und unter Zugabe von einem von Mo, Zr und Sn, werden geschmolzen. Titanlegierungen, die aus Titan mit Ta und Zr hergestellt sind, und die Ti-Ta-Zr-Legierungen unter Zugabe von Pd werden ebenfalls geschmolzen. Diese Legierungen werden zum Erhalt von Knopfrohlingen von bestimmter Größe in Kokillen gegossen.Titanium alloys of various compositions, in which titanium as a base with Nb and Ta is combined with a biocompatibility as high as titanium and with addition of one of Mo, Zr and Sn are melted. Titanium alloys made of titanium with Ta and Zr are made, and the Ti-Ta-Zr alloys are added with the addition of Pd also melted. These alloys are used to obtain button blanks from poured into molds of a certain size.

Nachdem jeder Rohblock, wie in Fig. 1 gezeigt, ein festgelegtes Kälteverfahren erfahren hat, wird das behandelte Material in die erforderliche Anzahl von dünnen Platten geschnit­ ten. Die dünnen Platten erfahren ein zuvor festgelegtes Lösungsglühen und/oder eine Alterungsbehandlung, bevor sie zu einem Prüfkörper 1 mit erforderlicher Form und Größe, wie in Fig. 2 gezeigt, geformt und ein Zugfestigkeitstest und dergleichen durchgeführt werden.After each ingot has undergone a specified refrigeration process, as shown in FIG. 1, the treated material is cut into the required number of thin plates. The thin plates undergo a predetermined solution heat treatment and / or an aging treatment before they become a test specimen 1 having the required shape and size as shown in Fig. 2, molded and a tensile test and the like can be performed.

Nach genau denselben Verfahren vom Schmelzen bis zum Lösungsglühen wie in Fig. 1 und nach der Formgebung wie bei Prüfkörper 1 mit derselben Größe wie in Fig. 2 werden mit den (α+β)-Typ-Titanlegierungen und den aus dem Stand der Technik bekannten β-Typ- Titanlegierungen der Zugfestigkeitstest und vergleichbare Tests durchgeführt.According to exactly the same processes from melting to solution annealing as in FIG. 1 and after the shaping as in test specimen 1 with the same size as in FIG. 2, the (α + β) -type titanium alloys and those known from the prior art are used β-type titanium alloys performed the tensile test and comparable tests.

Mit einem weiteren, aus demselben vorstehend beschriebenen Rohblock geschnittenen Prüfkörper wird die Verschleißfestigkeit der Titanlegierung mit einem Verschleißfestigkeits-Prüfgerät gemessen, was im folgenden ausführlich erklärt wird. With another cut from the same rough block described above The wear resistance of the titanium alloy is tested with a test specimen Wear resistance tester measured, which is explained in detail below.  

In der Zwischenzeit wird die Titanlegierung mit derselben Zusammensetzung wie hier zuvor beschrieben geschmolzen, um einen Rohblock mit einer zur Verwendung praktischen Größe zu erhalten. Der erhaltene Rohblock erfährt ein plastisches Verformungsverfahren mit einer Bereichsreduktion von 95% oder mehr, wie hier im folgenden beschrieben. Anschließend wird mit dem Rohblock ein Lösungsglühen durchgeführt. Aus dem Rohblock wird ein Prüfkörper 1 mit derselben Größe wie hier zuvor beschrieben erhalten. Anschließend wird mit dem Prüfkörper 1 der Zugfestigkeitstest durchgeführt.In the meantime, the titanium alloy having the same composition as described here before is melted to obtain a ingot having a practical size for use. The raw block obtained undergoes a plastic deformation process with a reduction in area of 95% or more, as described hereinafter. Solution annealing is then carried out on the ingot. A test specimen 1 with the same size as described here is obtained from the ingot. The tensile test is then carried out with the test specimen 1 .

Beispiel AExample A

Die zuvor genannte Beschreibung wird an Hand von speziellen Beispielen und Vergleichsbeispielen erläutert.The above description is based on specific examples and Comparative examples explained.

Titanlegierungen mit verschiedenen, in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen, in denen Titan mit Nb und Ta kombiniert ist, mit hoher Biokompatibilität und denen sodann eines von Mo, Zr und Sn zugesetzt worden ist, werden geschmolzen. Auch die Titanlegierungen mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen, die Titan mit Ta und Zr enthalten, und die in Tabelle 1 gezeigten Titan-Legierungen mit Pd-Zugabe werden geschmolzen.Titanium alloys with various compositions shown in Table 1 in which Titanium is combined with Nb and Ta, with high biocompatibility and then one of Mo, Zr and Sn has been added are melted. Even the titanium alloys with the compositions shown in Table 1 containing titanium with Ta and Zr, and the titanium alloys with Pd addition shown in Table 1 are melted.

Als Vergleichsbeispiele werden eine Ti-6Gew.-%Al-4Gew.-%-V-(α+β-Typ)-Legierung und eine vergleichbare Legierung und eine Ti-13Gew.-%Nb-13Gew.-%Zr (β-Typ)-Legierung und eine vergleichbare Legierung, die in Tabelle 1 gezeigt sind, geschmolzen. As a comparative example, a Ti-6 wt% Al-4 wt% V- (α + β-type) alloy and a comparable alloy and a Ti-13 wt% Nb-13 wt% Zr (β-type) alloy and a comparable alloy shown in Table 1 melted.  

Tabelle 1 Table 1

Die obigen Titanlegierungen werden jeweils in eine zuvor festgelegte Kokille gegossen, um einen Knopfrohblock mit einem Durchmesser von 30 mm, einer Dicke von 10 mm und einem Gewicht von 45 g zu erhalten. Jeder Knopfrohblock wird kaltgewalzt (mit einem Reduktionsverhältnis von etwa 80%), wobei eine gewalzte Platte mit feinen Kristallkörnern im Aufbau einer jeden Legierung erhalten wird.The above titanium alloys are each poured into a predetermined mold a raw button block with a diameter of 30 mm, a thickness of 10 mm and to get a weight of 45 g. Each raw ingot is cold rolled (with one Reduction ratio of about 80%), being a rolled plate with fine crystal grains is obtained in the construction of any alloy.

Jede gewalzte Platte aus jeder Legierung wird in 10 dünne Bleche geschnitten.Each rolled plate from each alloy is cut into 10 thin sheets.

Sämtliche Bleche erfahren unter der in Tabelle 1 gezeigten Bedingung im Lösungszustand ein Lösungsglühen (ST) unter Rekristallisation von Kristallkörnern mit einem Durchmesser von etwa 10 µm bis etwa 50 µm. Zusätzlich erfahren 5 Bleche eine Alterungsbehandlung (STA) (siehe Fig. 1). Bei der Legierung von Beispiel 27 werden jedoch alle 10 Bleche dem Lösungsglühen (ST) und der Alterungsbehandlung (STA) unterworfen.Under the condition shown in Table 1, all of the metal sheets undergo solution annealing (ST) with recrystallization of crystal grains with a diameter of approximately 10 μm to approximately 50 μm. In addition, 5 trays undergo an aging treatment (STA) (see FIG. 1). However, in the alloy of Example 27, all 10 sheets are subjected to solution annealing (ST) and aging treatment (STA).

Der Grund für die Durchführung der dreistündigen oder längeren Alterungsbehandlung (STA) in Tabelle 1 besteht darin, daß, wie aus einer graphischen Darstellung in Fig. 3 hervorgeht, eine stabile Härte durch eine Fortführung der Alterungsbehandlung für mehr als 3 h erreicht wird, während die Alterungsbehandlung für weniger als 3 h zu einer instabilen Härte führt.The reason for performing the three hour or longer aging treatment (STA) in Table 1 is that, as shown in a graph in Fig. 3, stable hardness is achieved by continuing the aging treatment for more than 3 hours while the Aging treatment for less than 3 h leads to unstable hardness.

Schließlich wird jedes Blech zu einem Zugprüfkörper 1, wie in Fig. 2 gezeigt, verarbeitet. Zur Messung von Zugfestigkeit (σB/MPA), 0,2-%-Streckgrenze, Duktilität (%) und Elastizi­ tätsmodul (GPa) wurde mit jedem Blech ein Zugtest nach JIS, Z2241, durchgeführt.Finally, each sheet is processed into a tensile test specimen 1 , as shown in FIG. 2. To measure tensile strength (σ B / MPA), 0.2% yield strength, ductility (%) and elastic modulus (GPa), a tensile test was carried out with each sheet in accordance with JIS, Z2241.

Die Meßergebnisse (Mittelwerte) sind in Tabelle 2 aufgeführt.The measurement results (mean values) are listed in Table 2.

Tabelle 2 Table 2

Zum leichteren Erkennen der Ergebnisse in Tabelle 2, sind Zugfestigkeit, Duktilität und Elastizitätsmodul der Beispiele 5, 6, 9, 10, 17, 18, 25 und 26 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 6 in den graphischen Abbildungen in den Fig. 4 bis 6 gezeigt. Die 0,2-%- Streckgrenze zeigt einen ähnlichen Trend wie die Zugfestigkeit in Fig. 4, so daß die graphische Darstellung davon weggelassen wurde. For easier recognition of the results in Table 2, the tensile strength, ductility and modulus of elasticity of Examples 5, 6, 9, 10, 17, 18, 25 and 26 and of Comparative Examples 1 to 6 are shown in the graphical illustrations in FIGS. 4 to 6 . The 0.2% yield strength shows a similar trend to the tensile strength in Fig. 4, so the graphical representation thereof has been omitted.

Sämtliche ST-Materialien (Beispiele 5, 9, 17 und 25), die nur dem Lösungsglühen unterzogen werden, besitzen eine um 20% oder mehr höhere Duktilität als die Vergleichsbeispiele 1 bis 4 (siehe Fig. 5), während die Zugfestigkeit und der Elastizi­ tätsmodul hiervon geringere Werte als die Vergleichsbeispiele 1 bis 6 (siehe Fig. 4 und 6) zeigen. Im Falle einer Legierung mit hoher Zugfestigkeit und hohem Elastizitätsmodul, wie in den Vergleichsbeispiel 1 bis 6 angegeben, kann die auf einen Teil eines lebenden Körpers angewandte Legierung verschleißen oder die Oberfläche des Knochens oder dergleichen, mit der sie in Kontakt ist, beschädigen. Der Elastizitätsmodul des Knochens beträgt ungefähr 30 GPa. Daher steigt die Biokompatibilität, wenn sich der Elastizitätsmodul einer Legierung dem Wert nähert.All ST materials (Examples 5, 9, 17 and 25) that are only subjected to solution heat treatment have a ductility 20% or more higher than Comparative Examples 1 to 4 (see Fig. 5), while the tensile strength and elasticity of this value show lower values than the comparative examples 1 to 6 (see FIGS. 4 and 6). In the case of an alloy having a high tensile strength and a high elastic modulus as shown in Comparative Examples 1 to 6, the alloy applied to a part of a living body may wear out or damage the surface of the bone or the like with which it is in contact. The modulus of elasticity of the bone is approximately 30 GPa. Therefore, the biocompatibility increases when the elastic modulus of an alloy approaches the value.

Nach den Ergebnissen besitzt jedes ST-Material der Titanlegierungen in den Beispielen eine hinreichende Duktilitätseigenschaft und eine geringere Festigkeit und einen geringeren Elastizitätsmodul als jedes Vergleichsbeispiel, was an das Hartgewebe eines lebenden Körpers heranreicht. Daher wird, wenn beispielsweise das Material in einen Teil mit Knochenfraktur implantiert wird, das Material integral in Übereinstimmung mit der Formation des Knochens geformt und erlaubt so die Langzeitverwendung als Teil des Knochens.According to the results, each ST material of the titanium alloy in the examples has one sufficient ductility and lower strength and lower Modulus of elasticity than any comparative example, what the hard tissue of a living Body reaches. Therefore, if, for example, the material is in one part Bone fracture is implanted, the material integrally in accordance with the Formation of the bone shaped and thus allows long-term use as part of the Bone.

Jedes der STA-Materialien (Beispiele 6, 10, 18 und 26), die die Alterungsbehandlung erfahren, besitzt eine Zugfestigkeit, die höher ist als die des ST-Materials derselben Zusammensetzung wie das STA-Material. Die STA-Materialien mit Ausnahme der Beispiele 6 und 26 besitzen Zugfestigkeiten, die geringer sind als die der Vergleichsbeispiele 1 bis 6 (siehe Fig. 4).Each of the STA materials (Examples 6, 10, 18 and 26) that undergo the aging treatment has a tensile strength that is higher than that of the ST material of the same composition as the STA material. The STA materials with the exception of Examples 6 and 26 have tensile strengths which are lower than that of Comparative Examples 1 to 6 (see FIG. 4).

Die Duktilität eines jeden STA-Materials ist geringer als die des ST-Materials derselben Zusammensetzung. Allerdings besitzen die STA-Materialien mit Ausnahme von Beispiel 6 eine Duktilität (über 10%), die der der Vergleichsbeispiele 1 bis 6 entspricht (siehe Fig. 5). Hinsichtlich des Elastizitätsmoduls zeigen die Beispiele mit Ausnahme der Beispiele 6 und 26 Werte, die geringer sind als die der Vergleichsbeispiele (siehe Fig. 6). The ductility of each STA material is less than that of the ST material of the same composition. However, with the exception of Example 6, the STA materials have a ductility (above 10%) which corresponds to that of Comparative Examples 1 to 6 (see FIG. 5). With regard to the modulus of elasticity, the examples with the exception of examples 6 and 26 show values which are lower than those of the comparative examples (see FIG. 6).

Aus den Ergebnissen geht hervor, daß jedes aus den Titanlegierungen der Beispiele hergestellte STA-Materlal eine hohe Biokompatibilität für Hartgewebe aufweist, das relativ gesehen härter ist als das Hartgewebe, auf das das ST-Material angewandt wird.The results show that each of the titanium alloys of the examples manufactured STA material has a high biocompatibility for hard tissue, the relative seen harder than the hard tissue to which the ST material is applied.

Es sollte erwähnt werden, daß die Legierung von Beispiel 27 derselben Zusammensetzung wie die Legierungen der Beispiele 9 und 10 der Alterungsbehandlung für mehrere Stunden nach dem Lösungsglühen unterworfen wurde, was zur Verbesserung von Zugfestigkeit, 0,2-%-Streckgrenze und Elastizitätsmodul führt. Es wird angenommen, daß dies auf der Zunahme der Härte beruht.It should be mentioned that the alloy of Example 27 has the same composition like the alloys of Examples 9 and 10 of aging treatment for several hours after solution annealing, which improves tensile strength, 0.2% yield strength and modulus of elasticity. It is believed that this is on the Increase in hardness based.

Aus den zuvor genannten Ergebnissen geht hervor, daß die erfindungsgemäßen Titanlegierungen verschiedene Eigenschaften besitzen, um sich durch das Lösungsglühen und/oder die Alterungsbehandlung leicht an verschiedene Hartgewebe in einem lebenden Körper anzupassen.From the results mentioned above it can be seen that the inventive Titanium alloys have different properties in order to get through solution annealing and / or the aging treatment easily to different hard tissues in one living Body adapt.

Beachtenswert ist, daß die Durchführung des Lösungsglühens bei Temperaturen im Bereich von 800°C bis 1000°C für ungefähr 30 bis ungefähr 60 min zum Erhalt verfeinerter und rekristallisierter Kristalle erwünscht ist. Ferner ist bei der Alterungsbehandlung die Beibehaltung der Temperaturen von 400°C bis 500°C für wenigstens 2 h oder länger erwünscht, um die zuvor erwähnte Härte und Festigkeit zu erzielen, wobei die Höchstdauer der Beibehaltung der Temperaturen ungefähr 500 h beträgt.It is noteworthy that the solution annealing is carried out at temperatures in the range from 800 ° C to 1000 ° C for about 30 to about 60 minutes to obtain more refined and recrystallized crystals is desired. Furthermore, the aging treatment Maintaining temperatures from 400 ° C to 500 ° C for at least 2 hours or longer desirable to achieve the aforementioned hardness and strength, with the maximum duration maintaining the temperature is approximately 500 hours.

Anschließend wird unter Verwendung eines Prüfgerätes 2 zur Verschleißfestigkeitsprüfung, wie in Fig. 7(A) gezeigt, die Verschleißfestigkeit jeder Titanlegierung der Beispiele und Vergleichsbeispiele gemessen. In Prüfgerät 2 wird ein Prüfkörper 1a, der aus dem zuvor genannten Knopf-Rohling jeweils auf eine Seitenlänge von 15 mm und eine Dicke von 2 mm zugeschnitten wird, in Ringer-Lösung 3 eingetaucht, die ungefähr bei Körpertemperatur (ungefähr 37°C) gehalten wird, und wird in einem Gefäß 4 auf einem Drehtisch 5 gedreht (60 U/min). Ein aus Zirkoniumoxid (ZrO2) hergestelltes Kugel 6 wird mit einer Last von 200 g auf die Oberfläche von Prüfkörper 1a gepreßt. Auf der Oberfläche von Prüfkörper 1a bildet sich beim Drehen des Drehtisches 5 eine Reibstelle mit einem Radius von 5 mm. Die Kugel 6 sitzt am unteren Ende eines vertikalen Elementes 7 fest, und auf einer am oberen Ende von Element 7 angebrachten Schale 8 liegt zum Anlegen einer Last ein Gewicht 9.Then, using a tester 2 for wear resistance testing, as shown in Fig. 7 (A), the wear resistance of each titanium alloy of the examples and comparative examples is measured. In test apparatus 2, a test piece 1 a, consisting of the aforesaid button blank is in each case mm on a side length of 15 and a thickness of 2 mm is cut, immersed in Ringer's solution 3 at about body temperature (about 37 ° C) is held, and is rotated in a vessel 4 on a turntable 5 (60 rpm). A ball 6 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) is pressed onto the surface of test specimen 1 a with a load of 200 g. On the surface of Specimen 1 a of the turntable 5 mm forms a friction point with a radius of 5 in turning. The ball 6 is firmly attached to the lower end of a vertical element 7 , and a weight 9 lies on a shell 8 attached to the upper end of element 7 for the purpose of applying a load.

Wie in Fig. 7(A) gezeigt, ist das vertikale Element 7 am linken Ende eines horizontalen Arms 10 befestigt. Der Arm 10 ist abgestützt und oszilliert ungefähr ab der Mitte davon um eine Hebelstütze 11 eines auf einer Basis 13 aufrecht stehenden Pflocks 12. Das rechte Ende von Arm 10 trägt zum Ausgleich des Gewichtes 9 die ringförmigen Gewichte 14 und 15.As shown in FIG. 7 (A), the vertical member 7 is fixed to the left end of a horizontal arm 10 . The arm 10 is supported and oscillates approximately from the center thereof around a lever support 11 of a peg 12 standing upright on a base 13 . The right end of arm 10 carries the annular weights 14 and 15 to compensate for the weight 9 .

Bezüglich eines jeden Prüfkörpers 1a aus den Titanlegierungen der Beispiele 3, 5, 9, 13, 15, 17 und 25 und aus der Titanlegierung von Vergleichsbeispiel 1 wurde eine durch die Reibung mit der Kugel 6 verursachte Gewichts-Verminderungsrate, die von einem Druck der Kugel 6 auf den Prüfkörper 1 für eine zuvor festgelegte Zeit herrührt, bzw. die Ausdeh­ nungen der durch die Reibung mit der Kugel 6 hervorgerufenen Reibstelle gemessen.With respect to each test specimen 1 a of the titanium alloys of Examples 3, 5, 9, 13, 15, 17 and 25 and of the titanium alloy of Comparative Example 1 was caused by the friction with the ball 6 weight reduction rate of the pressure of the Ball 6 originates on the test specimen 1 for a predetermined time, or the expansions of the friction point caused by the friction with the ball 6 are measured.

Fig. 7(B) zeigt die Ergebnisse. Wie aus dem Graph von Fig. 7(B) hervorgeht, waren in jedem Beispiel die Gewichts-Verminderungsrate und die Ausdehnungen der Reibstelle geringer und kleiner als in Vergleichsbeispiel 1. Fig. 7 (B) shows the results. As shown in the graph of FIG. 7 (B), the weight reduction rate and the expansion of the friction point were smaller and smaller than in Comparative Example 1 in each example.

Da jede Titanlegierung der Beispiele sogar bei Verwendung in einem lebenden Körper eines Menschen oder dergleichen eine ausreichende Verschleißfestigkeit und einen stabilen Lang­ zeitaufbau aufweist, können nach den Ergebnissen ihr ursprünglicher Aufbau, ihre ursprünglichen Dimensionen, ihre erforderliche Festigkeit und dergleichen bei einer Langzeitverwendung als Hartgewebe-Ersatzmaterial für ein künstliches Gelenk, eine Zahnprothese und dergleichen beibehalten werden.Because each titanium alloy of the examples has one even when used in a living body People or the like have sufficient wear resistance and a stable long according to the results, their original structure, their original dimensions, their required strength and the like at a Long-term use as a hard tissue replacement material for an artificial joint, a Dentures and the like can be maintained.

Beispiel BExample B

Eine Titanlegierung derselben Zusammensetzung wie von Beispiel 9 in Tabelle 1 wird geschmolzen und durch Gießen zu einem praktisch geformten Rohling 1G, mit einem Durchmesser von 60 mm und einem Gewicht von 60 kg, geformt, wie in Fig. 8(A) gezeigt. Dieser Rohling wird anschließend bei ungefähr 950°C zu einer säulenförmigen Stange 1B mit einem Durchmesser von 40 mm, wie in Fig. 8(B) gezeigt, heißgeschmiedet (ein plastisches Verformungsverfahren). Diese wird weiterhin bei ungefähr 840°C zu einer Stange 1B, mit einem Durchmesser von 20 mm, wie in Fig. 8(C) gezeigt, heißgeschmiedet. Die Stange 1B' wird zu einer flachen Platte 1P, wie in Fig. 8(D) gezeigt, kaltgewalzt. Die Dimensionen der Platte 1P sind 35 mm Breite und 25 mm Dicke. Daher beträgt der Querschnitt der Platte 1P (87,5 mm2) ungefähr 3% des Querschnittes des Rohlings 1G (2826 mm2), wobei die Bereichsreduktion zwischen Platte 1P und Rohling 1G ungefähr 97% beträgt.A titanium alloy of the same composition as of Example 9 in Table 1 is melted and, mm by casting to a practically formed blank 1 G having a diameter of 60 and a weight of 60 kg, shaped as shown in Fig. 8 (A). This blank is subsequently mm at approximately 950 ° C to a columnar rod having a diameter of 1 B 40 as shown in Fig. 8 (B), hot forged (a plastic deformation process). This will continue mm at about 840 ° C to form a rod 1 B, having a diameter of 20, as in Fig. 8 (C), hot-forged. The bar 1 B 'is cold rolled into a flat plate 1 P as shown in Fig. 8 (D). The dimensions of the plate 1 P are 35 mm wide and 25 mm thick. Therefore, the cross section of plate 1 P (87.5 mm 2 ) is approximately 3% of the cross section of blank 1 G (2826 mm 2 ), the area reduction between plate 1 P and blank 1 G being approximately 97%.

Nachdem eine Vielzahl von Platten 1P dem Lösungsglühen bei 840°C für 3 h oder bei 760°C für 3 h ausgesetzt wurden, werden deren Oberflächen poliert, und sie werden gestanzt, um die zuvor festgelegten Prüfkörper 1, entsprechend Fig. 2 (siehe Fig. 8(E)), zu erhalten. Ein Prüfkörper 1, mit dem das Lösungsglühen bei 840°C durchgeführt wird, ist als Beispiel 28 definiert, und ein Prüfkörper 1, mit dem das Lösungsglühen bei 760°C durchgeführt wird, wird als Beispiel 29 definiert. Zudem wird die Platte 1P, mit der kein Lösungsglühen durchgeführt wird, poliert und gestanzt, um einen weiteren Prüfkörper 1 zu erhalten, der als Beispiel 30 definiert wird. Mit sämtlichen Prüfkörpern 1 werden die Zugfestigkeit, die 0,2-%-Streckgrenze und die Duktilität bzw. der Elastizitätsmodul entsprechend Beispiel A gemessen. Fig. 9 zeigt die Ergebnisse. In Fig. 9 sind die in Beispiel 9 erhaltenen ge­ messenen Werte und das Vergleichsbeispiel 1 nochmals angegeben.After a plurality of plates 1 P have been subjected to solution annealing at 840 ° C. for 3 hours or at 760 ° C. for 3 hours, their surfaces are polished and they are punched around the previously determined test specimens 1 , corresponding to FIG. 2 (see Fig. 8 (E)). A test specimen 1 with which solution annealing is carried out at 840 ° C. is defined as example 28, and a test specimen 1 with which solution annealing is carried out at 760 ° C. is defined as example 29. In addition, the plate 1 P, with which solution annealing is not carried out, is polished and punched in order to obtain a further test specimen 1 , which is defined as Example 30. The tensile strength, the 0.2% yield strength and the ductility or the modulus of elasticity are measured in accordance with Example A with all test specimens 1 . Fig. 9 shows the results. In Fig. 9, the measured values obtained in Example 9 and Comparative Example 1 are given again.

Nach dem Graph in Fig. 9 sind die Zugfestigkeit, die 0,2-%-Streckgrenze und der Elastizitätsmodul der Beispiele 28 und 29 höher als von Beispiel 9, allerdings nimmt die Duktilität der Beispiele 28 und 29 ab. Beispiel 30 entwickelt diese Tendenz deutlich. Die Duktilität sämtlicher Beispiele liegt über 10%, was ein für die Biokompatibilität erforderlicher Wert ist. Die Durchführung des Lösungsglühens und dergleichen nach dem plastischen Verformungsverfahren werden durch die Ergebnisse bestätigt. According to the graph in FIG. 9, the tensile strength, the 0.2% yield strength and the modulus of elasticity of Examples 28 and 29 are higher than those of Example 9, but the ductility of Examples 28 and 29 decreases. Example 30 clearly shows this tendency. The ductility of all examples is over 10%, which is a value required for biocompatibility. The performance of the solution annealing and the like after the plastic deformation process is confirmed by the results.

Zu beachten ist, daß beim Beobachten der Mikrostruktur eines jeden Beispiels mit einem Metallographen die durchschnittliche Teilchengröße von Beispiel 28 und 29 6 µm bzw. 5 µm betrug, während die durchschnittliche Teilchengröße von Beispiel 9 25 µm betrug und die durchschnittliche Teilchengröße von Beispiel 30 9 µm betrug. Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß die Kristallkörner durch das plastische Verformungsverfahren mit einer Bereichsreduktion von ungefähr 97% oder durch das Lösungsglühen und das plastische Verformungsverfahren mit einer Bereichsreduktion von ungefähr 97% auf weniger als 10 µm verfeinert wurden. Die Beispiele 28 bis 30 besitzen jeweils den Elastizitätsmodul, der kleiner ist als der Elastizitätsmodul von Vergleichsbeispiel 1. Somit ist offensichtlich, daß die zuvor genannten Legierungen sich problemlos an den lebenden Körper anpassen.Note that when observing the microstructure of each example with a Metallographers the average particle size of Example 28 and 29 6 microns and 5 µm was, while the average particle size of Example 9 was 25 µm and the average particle size of Example 30 was 9 µm. This can be due to this be attributed to the fact that the crystal grains by the plastic deformation process with a range reduction of approximately 97% or by solution annealing and that plastic deformation process with an area reduction of approximately 97% less than 10 µm were refined. Examples 28 to 30 each have the Young's modulus, which is smaller than the Young's modulus of Comparative Example 1. Thus it is obvious that the aforementioned alloys adhere to the living without problems Adjust body.

Die Erfindung soll sich nicht auf die zuvor genannten Ausführungsformen und Beispiele beschränken.The invention is not intended to relate to the aforementioned embodiments and examples restrict.

Es wird beispielsweise deutlich, daß die Legierungen der Beispiele 28 und 29 die weiteren verbesserten Eigenschaften besitzen, wenn sie nach dem Lösungsglühen der Alterungsbe­ handlung ausgesetzt werden.For example, it is clear that the alloys of Examples 28 and 29 are the others have improved properties when they are aged after solution annealing be suspended.

Den vorgenannten Titanlegierungen können zwei oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Mo, Zr und Sn, zugesetzt werden. Allerdings ist es erwünscht, daß die Gesamt- Zugabemenge im Hinblick auf Kosten-Nutzen 20 Gew.-% oder weniger beträgt.The aforementioned titanium alloys can have two or more elements selected from Mo, Zr and Sn can be added. However, it is desirable that the overall The amount added in terms of cost benefit is 20% by weight or less.

Es sollte erwähnt werden, daß das aus der erfindungsgemäßen Titanlegierung hergestellte Hartgewebe-Ersatzmaterial, abgesehen von den zuvor genannten Anwendungen, als Implantatmaterialien, als Ersatz für verschiedene Hartgewebe wie ein künstliches Gelenke und als kiefernorthopädisches Material oder als Zusatzmaterialien zu dem Ersatzmaterial eingesetzt werden kann. It should be mentioned that that made from the titanium alloy of the present invention Hard tissue replacement material, aside from the aforementioned uses Implant materials, as a replacement for various hard tissues such as an artificial joint and as an orthodontic material or as additional materials to the replacement material can be used.  

Mit den erfindungsgemäßen, wie hier zuvor beschriebenen Hartgewebe-Ersatzmateralien können unter Verwendung von Titanlegierungen mit ausreichender Festigkeit, hoher Duktilität, hoher Verschleißfestigkeit und geringem Elastizitätsmodul Materialien mit geringerer Toxizität und Abstoßung bereitgestellt werden, die die zur Anpassung an das Hartgewebe in einem lebenden Körper zufriedenstellenden Eigenschaften aufweisen, so daß sie aufgrund der biologischen Verträglichkeit für Langzeitanwendungen geeignet sind.With the hard tissue replacement materials according to the invention, as described here above can use titanium alloys with sufficient strength, high Ductility, high wear resistance and low modulus of elasticity using materials lower toxicity and rejection are provided which are required to adapt to the Hard tissues in a living body have satisfactory properties so that because of their biological compatibility they are suitable for long-term use.

Claims (18)

1. Hartgewebe-Ersatzmaterial, hergestellt unter Verwendung einer Titanlegierung, bestehend aus 20 bis 60 Gew.-% Tantal, 0,01 bis 10 Gew.-% Zirkonium, Rest Titan und unvermeidbare Verunreinigungen.1. hard tissue replacement material made using a titanium alloy, consisting of 20 to 60 wt .-% tantalum, 0.01 to 10 wt .-% zirconium, balance titanium and inevitable impurities. 2. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzte Menge an Tantal 40 bis 60 Gew.-% beträgt.2. hard tissue replacement material according to claim 1, characterized in that the amount of tantalum added is 40 to 60% by weight. 3. Hartgewebe-Ersatzmaterial, hergestellt unter Verwendung einer Titanlegierung, bestehend aus 20 bis 60 Gew.-% Niob und Tantal zusammen, einer oder mehreren Zusätzen, ausgewählt aus 0,01 bis 10 Gew.-% Molybdän, 0,01 bis 15 Gew.-% Zirkonium und 0,01 bis 15 Gew.-% Zinn, Rest Titan und unvermeidbare Verunreinigungen.3. hard tissue replacement material made using a titanium alloy, consisting of 20 to 60 wt .-% niobium and tantalum together, one or more Additives selected from 0.01 to 10% by weight of molybdenum, 0.01 to 15% by weight Zirconium and 0.01 to 15 wt .-% tin, balance titanium and unavoidable Impurities. 4. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung 0,01 bis 0,05 Gew.-% Palladium enthält.4. hard tissue replacement material according to claim 1, characterized in that the Titanium alloy contains 0.01 to 0.05 wt .-% palladium. 5. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung 0,01 bis 0,5 Gew.-% Palladium enthält.5. hard tissue replacement material according to claim 3, characterized in that the Titanium alloy contains 0.01 to 0.5 wt .-% palladium. 6. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbereich von Nb und Ta bis maximal 50 Gew.-% reicht.6. hard tissue replacement material according to claim 3, characterized in that the Mixing range of Nb and Ta ranges up to a maximum of 50% by weight. 7. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Niob über 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% beträgt. 7. hard tissue replacement material according to claim 3, characterized in that the amount of niobium is above 15% by weight to 50% by weight.   8. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Niob maximal 45 Gew.-% beträgt.8. hard tissue replacement material according to claim 7, characterized in that the content of niobium is at most 45% by weight. 9. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Tantal über 6 bis 20 Gew.-% beträgt.9. hard tissue replacement material according to claim 3, characterized in that the content of tantalum is over 6 to 20% by weight. 10. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Tantal maximal 15 Gew.-% beträgt.10. hard tissue replacement material according to claim 9, characterized in that the content of tantalum is a maximum of 15% by weight. 11. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Palladium 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% beträgt.11. hard tissue replacement material according to claim 4, characterized in that the content of palladium is 0.1% by weight to 0.3% by weight. 12. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Palladium 0,1 bis 0,3 Gew.-% beträgt.12. hard tissue replacement material according to claim 5, characterized in that the content of palladium is 0.1 to 0.3% by weight. 13. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung ein plastisches Verformungsverfahren mit einer Bereichsreduktion von 95% oder mehr durchlaufen hat, wodurch die durchschnittliche Kristallkorngröße des resultierenden Legierungsaufbaus 10 µm oder weniger beträgt.13. hard tissue replacement material according to claim 1, characterized in that the Titanium alloy a plastic deformation process with an area reduction of 95% or more, which means that the average crystal grain size of the resulting alloy structure is 10 µm or less. 14. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung ein plastisches Verformungsverfahren mit einer Bereichsreduktion von 95% oder mehr durchlaufen hat, wodurch die durchschnittliche Kristallkorngröße des resultierenden Legierungsaufbaus 10 µm oder weniger beträgt. 14. hard tissue replacement material according to claim 3, characterized in that the Titanium alloy a plastic deformation process with an area reduction of 95% or more, which means that the average crystal grain size of the resulting alloy structure is 10 µm or less.   15. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung ein Lösungsglühen zur Rekristallisation des Kristallkorns in dem Legierungsaufbau durchlaufen hat.15. hard tissue replacement material according to claim 1, characterized in that the Titanium alloy solution annealing for recrystallization of the crystal grain in the Alloy structure. 16. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung ein Lösungsglühen zur Rekristallisation des Kristallkorn in dem Legie­ rungsaufbau durchlaufen hat.16. hard tissue replacement material according to claim 3, characterized in that the Titanium alloy solution annealing for recrystallization of the crystal grain in the alloy structure has gone through. 17. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung nach dem Lösungsglühen einer Alterungsbehandlung unterworfen worden ist.17. hard tissue replacement material according to claim 15, characterized in that the Titanium alloy subjected to aging treatment after solution annealing has been. 18. Hartgewebe-Ersatzmaterial nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung nach dem Lösungsglühen einer Alterungsbehandlung unterworfen worden ist.18. hard tissue replacement material according to claim 16, characterized in that the Titanium alloy subjected to aging treatment after solution annealing has been.
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