JP2001049408A - チタン系アモルファス合金 - Google Patents
チタン系アモルファス合金Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械的強度と機械的生体適合性および化学的
生体適合性に優れたチタン系アモルファス合金を提供す
る。 【解決手段】 Ax Cuy Tiz 、ただし、Aは、I
n、Siおよび貴金属の群から選択される少なくとも1
種の元素である、の組成式を有し、組成の各x、yおよ
びz配分(原子%)は、次の条件式、を満たしてい
る。 0<x≦50、0<y≦50、0<z x+y+z=100
生体適合性に優れたチタン系アモルファス合金を提供す
る。 【解決手段】 Ax Cuy Tiz 、ただし、Aは、I
n、Siおよび貴金属の群から選択される少なくとも1
種の元素である、の組成式を有し、組成の各x、yおよ
びz配分(原子%)は、次の条件式、を満たしてい
る。 0<x≦50、0<y≦50、0<z x+y+z=100
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、機械的強
度を強化し、医用生体材料への適用性の向上を図ること
のできる、新しいチタン系アモルファス合金に関するも
のである。
度を強化し、医用生体材料への適用性の向上を図ること
のできる、新しいチタン系アモルファス合金に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術とその課題】生体用としての現在用いられ
ている金属材料は、貴金属、Co基合金、ステンレス鋼
およびTi合金がその大部分である。従来よりインプラ
ント用金属材料として、Co−Cr−Mo系鍛造合金(v
itallu/m) をはじめとするCo基合金や各種ステンレス
鋼、さらには近年になってTi−6Al−4Vを代表す
るTi合金が用いられている。また歯科用金属材料とし
ては古くから貴金属が広く用いられており、医療用機材
などに用いられる金属材料としてはステンレス鋼がメ
ス、鋏、ピンセット、クリップ等に多用されている。
ている金属材料は、貴金属、Co基合金、ステンレス鋼
およびTi合金がその大部分である。従来よりインプラ
ント用金属材料として、Co−Cr−Mo系鍛造合金(v
itallu/m) をはじめとするCo基合金や各種ステンレス
鋼、さらには近年になってTi−6Al−4Vを代表す
るTi合金が用いられている。また歯科用金属材料とし
ては古くから貴金属が広く用いられており、医療用機材
などに用いられる金属材料としてはステンレス鋼がメ
ス、鋏、ピンセット、クリップ等に多用されている。
【0003】このような生体用金属材料として、耐食性
の高いCo基合金、ステンレス鋼やTi合金が用いられ
ているが、Co基合金やステンレス鋼は耐食性の観点か
らFe、Cu、Co、Cr等の生体に有毒な元素を多量
に含み、これらの材料を生体内で長時間使用するとこれ
らの元素が生体内に流れ出すという問題があった。ま
た、現在Ti合金は強度が低く、その組成にニッケル等
の細胞毒性の強い元素成分が滲出する場合がある等の理
由から、生体用材料とすることには制約があった。
の高いCo基合金、ステンレス鋼やTi合金が用いられ
ているが、Co基合金やステンレス鋼は耐食性の観点か
らFe、Cu、Co、Cr等の生体に有毒な元素を多量
に含み、これらの材料を生体内で長時間使用するとこれ
らの元素が生体内に流れ出すという問題があった。ま
た、現在Ti合金は強度が低く、その組成にニッケル等
の細胞毒性の強い元素成分が滲出する場合がある等の理
由から、生体用材料とすることには制約があった。
【0004】このような状況において、優れた耐食性を
有し、熱安定性が良好で、人体への適用性にも優れた材
料として、Zr系等のアモルファス合金が提案されてい
る。しかしながら、これまで実際的に使用されているT
i系合金材料については、より高強度で、比較的生体毒
性の低い元素から構成され、生体への適合性にも優れた
材料とすることはあまり進展してしていないのが実情で
ある。
有し、熱安定性が良好で、人体への適用性にも優れた材
料として、Zr系等のアモルファス合金が提案されてい
る。しかしながら、これまで実際的に使用されているT
i系合金材料については、より高強度で、比較的生体毒
性の低い元素から構成され、生体への適合性にも優れた
材料とすることはあまり進展してしていないのが実情で
ある。
【0005】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みなされたものであって、従来の欠点を解消し、機械的
強度が強く、機械的・化学的な生体適合性の良好な、新
規なチタン系合金材料を提供することを課題としてい
る。
みなされたものであって、従来の欠点を解消し、機械的
強度が強く、機械的・化学的な生体適合性の良好な、新
規なチタン系合金材料を提供することを課題としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして第1には、組成が次式: Ax Cuy Tiz (Aは、In、Siおよび貴金属の群から選択される少
なくとも1種の元素を示し、x、yおよびzは各々原子
%を示し、0<x≦50、0<y≦50、0<zであっ
て、しかもx+y+z=100であることを示す)で表
されることを特徴とするチタン系アモルファス合金を提
供し、また第2には、同じ組成を有し、かつナノ結晶相
の結晶構造を含むことを特徴とする高強度・耐食性チタ
ン系アモルファス合金を、更に第3には、以上のいずれ
の合金で表面改質層をもつチタン系アモルファス合金を
提供する。
の課題を解決するものとして第1には、組成が次式: Ax Cuy Tiz (Aは、In、Siおよび貴金属の群から選択される少
なくとも1種の元素を示し、x、yおよびzは各々原子
%を示し、0<x≦50、0<y≦50、0<zであっ
て、しかもx+y+z=100であることを示す)で表
されることを特徴とするチタン系アモルファス合金を提
供し、また第2には、同じ組成を有し、かつナノ結晶相
の結晶構造を含むことを特徴とする高強度・耐食性チタ
ン系アモルファス合金を、更に第3には、以上のいずれ
の合金で表面改質層をもつチタン系アモルファス合金を
提供する。
【0007】そして、第4には、以上のいずれかの合金
からなることを特徴とする生体用チタン系アモルファス
合金も提供し、第5には、以上の合金において、その他
の微量元素を包含するチタン系アモルファス合金をも提
供する。
からなることを特徴とする生体用チタン系アモルファス
合金も提供し、第5には、以上の合金において、その他
の微量元素を包含するチタン系アモルファス合金をも提
供する。
【0008】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、以上の通りの
特徴をもつものであるが、以下にその実施の態様につい
て説明する。組成としては、この出願の発明のチタン系
アモルファス合金は、50原子%以下のIn、Siおよ
び貴金属の群から選択される少なくとも1種の元素と、
50原子%以下のCuおよびTiとによって構成され
る。もちろん、許容される範囲での不可避不純物等や添
加成分としての他種の元素の含有も考慮される。
特徴をもつものであるが、以下にその実施の態様につい
て説明する。組成としては、この出願の発明のチタン系
アモルファス合金は、50原子%以下のIn、Siおよ
び貴金属の群から選択される少なくとも1種の元素と、
50原子%以下のCuおよびTiとによって構成され
る。もちろん、許容される範囲での不可避不純物等や添
加成分としての他種の元素の含有も考慮される。
【0009】前記の貴金属としては、通常の意味で、A
u、Ag、Pt、Pd、Rhが考慮される。上記組成に
おいては、Ti元素の割合は、アモルファス合金として
の製造上の観点からは20原子%以上とすることが好ま
しく、生体適合性をも考慮すると40原子%以上とする
こと、さらには50〜80原子%とするのが好ましい。
このTi割合に対応して、好ましくは、In、Siおよ
び貴金属の1種以上の元素は、2〜35原子%、Cu
は、10〜45%とすることが考慮される。
u、Ag、Pt、Pd、Rhが考慮される。上記組成に
おいては、Ti元素の割合は、アモルファス合金として
の製造上の観点からは20原子%以上とすることが好ま
しく、生体適合性をも考慮すると40原子%以上とする
こと、さらには50〜80原子%とするのが好ましい。
このTi割合に対応して、好ましくは、In、Siおよ
び貴金属の1種以上の元素は、2〜35原子%、Cu
は、10〜45%とすることが考慮される。
【0010】なお、組成割合については、チタン本来の
生体適合性を示す合金表面を得るためには、表面酸化皮
膜が少なくとも90原子%以上のチタンを含むことが望
ましく、Ti−Ni合金等の例からチタンが50%原子
%以上含まれていれば、皮膜中のチタン割合が90原子
%を越えると推定されることから、チタンは50%原子
%以上とすることができ、また、この場合、チタン以外
の銅、インジウム、シリコンなどの比率については50
原子%以下とすることができる。
生体適合性を示す合金表面を得るためには、表面酸化皮
膜が少なくとも90原子%以上のチタンを含むことが望
ましく、Ti−Ni合金等の例からチタンが50%原子
%以上含まれていれば、皮膜中のチタン割合が90原子
%を越えると推定されることから、チタンは50%原子
%以上とすることができ、また、この場合、チタン以外
の銅、インジウム、シリコンなどの比率については50
原子%以下とすることができる。
【0011】このような組成をもつこの発明のチタン系
アモルファス合金は、耐食性および生体適合性の優れた
材料であって、これは、Tiの高い耐食性と生体内のリ
ン酸を吸着しやすいという性質によるものである。ま
た、この出願の発明のチタン系アモルファス合金は、生
体への毒性を示す元素を含まないものとすることができ
る。
アモルファス合金は、耐食性および生体適合性の優れた
材料であって、これは、Tiの高い耐食性と生体内のリ
ン酸を吸着しやすいという性質によるものである。ま
た、この出願の発明のチタン系アモルファス合金は、生
体への毒性を示す元素を含まないものとすることができ
る。
【0012】このチタン系アモルファス合金は、周期性
のない構造となっているため、従来の結晶性合金と比較
して引張強度が高く、ヤング率が低い。実際、合金のア
モルファス化によりチタン合金の約2倍の強度が得られ
ながら、ヤング率は、チタン合金のそれより低く、骨に
近い値となるものであった。骨に固定する生体材料は、
その材質の特性として、骨に近いヤング率とするため従
来の結晶性合金よりもヤング率を低くすることと、同時
に高い強度が望まれていることから、この出願の発明の
チタン系アモルファス合金は、骨に固定する生体材料に
適したものである。
のない構造となっているため、従来の結晶性合金と比較
して引張強度が高く、ヤング率が低い。実際、合金のア
モルファス化によりチタン合金の約2倍の強度が得られ
ながら、ヤング率は、チタン合金のそれより低く、骨に
近い値となるものであった。骨に固定する生体材料は、
その材質の特性として、骨に近いヤング率とするため従
来の結晶性合金よりもヤング率を低くすることと、同時
に高い強度が望まれていることから、この出願の発明の
チタン系アモルファス合金は、骨に固定する生体材料に
適したものである。
【0013】また、この出願の発明のチタン系アモルフ
ァス合金は、ナノ結晶相を含むことによって、強度に良
い影響を与え、さらに強度改善することもできる。以上
のとおりの特徴のあるこの出願の発明のチタン系アモル
ファス合金は、たとえば単ロールまたは双ロール液体急
冷法やその他各種の方法によって製造することができ
る。スパッタリング、蒸着、メッキ、メカニカルアロイ
ング法等の各種の方法であってよい。
ァス合金は、ナノ結晶相を含むことによって、強度に良
い影響を与え、さらに強度改善することもできる。以上
のとおりの特徴のあるこの出願の発明のチタン系アモル
ファス合金は、たとえば単ロールまたは双ロール液体急
冷法やその他各種の方法によって製造することができ
る。スパッタリング、蒸着、メッキ、メカニカルアロイ
ング法等の各種の方法であってよい。
【0014】この発明のチタン系アモルファス合金は、
たとえば生体適合材料として、骨折固定具、脊椎固定
具、人工骨や人工関節、人工歯根等の硬組織に埋入され
る材料、さらには、センサーやワイヤー等の線材として
も有用なものとなる。そこで以下に実施例を示し、さら
にこの発明の実施の形態について説明する。
たとえば生体適合材料として、骨折固定具、脊椎固定
具、人工骨や人工関節、人工歯根等の硬組織に埋入され
る材料、さらには、センサーやワイヤー等の線材として
も有用なものとなる。そこで以下に実施例を示し、さら
にこの発明の実施の形態について説明する。
【0015】
【実施例】(実施例1)In、Siおよび貴金属の群か
ら選ばれる少なくとも1種の元素50原子%以下と、C
u50原子%以下を含み、残部はTiから成る組成をも
つアモルファス合金を単ロール液体急冷法により、より
具体的には、高速で回転する銅製のロール端面に溶かし
た金属を吹き付け、リボン状の合金を得る方法により作
製した。
ら選ばれる少なくとも1種の元素50原子%以下と、C
u50原子%以下を含み、残部はTiから成る組成をも
つアモルファス合金を単ロール液体急冷法により、より
具体的には、高速で回転する銅製のロール端面に溶かし
た金属を吹き付け、リボン状の合金を得る方法により作
製した。
【0016】すなわち、所定の配合割合の原材料をアー
ク溶解して母材合金とし、これを破砕し、断面を研磨し
て不純物を除いた後に、単ロール液体急冷法によりリボ
ン状の合金を作成した。単一銅製ロールの形態を採る冷
却ロールは、予め高速回転状態で準備されており、この
高速回転する冷却ロールに、ノズルを通じて、溶融金属
が、吹き付けられる。溶融金属は急冷され、連続薄帯状
のリボン状合金が作製される。
ク溶解して母材合金とし、これを破砕し、断面を研磨し
て不純物を除いた後に、単ロール液体急冷法によりリボ
ン状の合金を作成した。単一銅製ロールの形態を採る冷
却ロールは、予め高速回転状態で準備されており、この
高速回転する冷却ロールに、ノズルを通じて、溶融金属
が、吹き付けられる。溶融金属は急冷され、連続薄帯状
のリボン状合金が作製される。
【0017】図1は、Ti−In−Cuリボン状アモル
ファス合金の2種の組成のものについてそのX線回折パ
ターンを例示したものである。アモルファス相に特有の
ハローパターンを示した。これによって当該合金がアモ
ルファス相を形成していると判定できた。また、Ti50
In12.5Cu37.5の組成の合金について、ガラス転移温
度と結晶化温度の関係から過冷却液体領域を分析する示
差走査熱量分析で分析したところ、図2に示すように、
過冷却液体領域は現れなかったが、497℃近傍で結晶
化が起こっていることを示す吸熱ピークが現れた。
ファス合金の2種の組成のものについてそのX線回折パ
ターンを例示したものである。アモルファス相に特有の
ハローパターンを示した。これによって当該合金がアモ
ルファス相を形成していると判定できた。また、Ti50
In12.5Cu37.5の組成の合金について、ガラス転移温
度と結晶化温度の関係から過冷却液体領域を分析する示
差走査熱量分析で分析したところ、図2に示すように、
過冷却液体領域は現れなかったが、497℃近傍で結晶
化が起こっていることを示す吸熱ピークが現れた。
【0018】これらの結果からも、この出願の発明の合
金は、アモルファス相となっていることが確認された。
また、図3は、液体急冷法による場合のTi−In−C
uアモルファス合金の生成と、ナノ結晶相含有のアモル
ファス合金の生成が見られる組成を例示したものであ
る。
金は、アモルファス相となっていることが確認された。
また、図3は、液体急冷法による場合のTi−In−C
uアモルファス合金の生成と、ナノ結晶相含有のアモル
ファス合金の生成が見られる組成を例示したものであ
る。
【0019】この発明によるアモルファス合金は、同じ
組成で結晶構造をとる合金の場合よりも、高強度で低ヤ
ング率であって、機械的生体適合性に優れており、化学
的な生体適合性を付与することができる。 (実施例2)実施例1と同様にして、Ti65Si7.5 C
u27.5の組成のリボン状合金を得た。
組成で結晶構造をとる合金の場合よりも、高強度で低ヤ
ング率であって、機械的生体適合性に優れており、化学
的な生体適合性を付与することができる。 (実施例2)実施例1と同様にして、Ti65Si7.5 C
u27.5の組成のリボン状合金を得た。
【0020】図4は、この合金のX線回折パターンを示
したものである。数百ナノメートルのナノ結晶相を有す
るアモルファス合金であることが確認された。
したものである。数百ナノメートルのナノ結晶相を有す
るアモルファス合金であることが確認された。
【0021】
【発明の効果】この出願の発明によるアモルファス合金
は、同じ組成で結晶構造をとる合金の場合よりも、高強
度、低ヤング率と機械的生体適合性に優れている。この
出願の発明の合金はチタンを含んでいるので、これに化
学的な生体適合性を付与することができる。
は、同じ組成で結晶構造をとる合金の場合よりも、高強
度、低ヤング率と機械的生体適合性に優れている。この
出願の発明の合金はチタンを含んでいるので、これに化
学的な生体適合性を付与することができる。
【0022】したがって、骨折固定具、脊椎固定具、人
工骨、人工歯根等の硬組織に埋入される材料、センサー
やワイヤー等の線材に応用することが可能である。ま
た、強度が高いため、部材を小型化でき、材料費を抑え
ることができる。
工骨、人工歯根等の硬組織に埋入される材料、センサー
やワイヤー等の線材に応用することが可能である。ま
た、強度が高いため、部材を小型化でき、材料費を抑え
ることができる。
【図1】Ti−In−Cuリボン状合金のX 線回折パタ
ーンを例示した図である。
ーンを例示した図である。
【図2】Ti−In−Cuリボン状合金の示差走査熱量
分析結果を例示した図である。
分析結果を例示した図である。
【図3】Ti−In−Cuアモルファス合金の組成例を
示した図である。
示した図である。
【図4】Ti−Si−Cuアモルファス合金のX 線回折
パターンを例示した図である。
パターンを例示した図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 組成が次式: Ax Cuy Tiz (Aは、In、Siおよび貴金属の群から選択される少
なくとも1種の元素を示し、x、yおよびzは各々原子
%を示し、0<x≦50、0<y≦50、0<zであっ
て、しかもx+y+z=100であることを示す)で表
されることを特徴とする高強度・耐食性チタン系アモル
ファス合金。 - 【請求項2】 組成が次式: Ax Cuy Tiz (Aは、In、Siおよび貴金属の群から選択される少
なくとも1種の元素を示し、x、yおよびzは各々原子
%を示し、0<x≦50、0<y≦50、0<zであっ
て、しかもx+y+z=100であることを示す)で表
され、かつナノ結晶相を含むことを特徴とする高強度・
耐食性チタン系アモルファス合金。 - 【請求項3】 請求項1または2の合金が、表面改質層
を構成してるチタン系アモルファス合金。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかの合金から
なることを特徴とする生体用チタン系アモルファス合金 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかの合金にお
いて、その他の微量元素を包含するチタン系アモルファ
ス合金
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23078899A JP3401555B2 (ja) | 1999-08-17 | 1999-08-17 | チタン系アモルファス合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23078899A JP3401555B2 (ja) | 1999-08-17 | 1999-08-17 | チタン系アモルファス合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001049408A true JP2001049408A (ja) | 2001-02-20 |
JP3401555B2 JP3401555B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=16913285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23078899A Expired - Lifetime JP3401555B2 (ja) | 1999-08-17 | 1999-08-17 | チタン系アモルファス合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3401555B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102071369A (zh) * | 2009-11-25 | 2011-05-25 | 比亚迪股份有限公司 | 一种钛基非晶合金及其制备方法 |
JP2011256443A (ja) * | 2010-06-10 | 2011-12-22 | Showa Ika Kohgyo Co Ltd | 疲労強度に優れた低弾性率の脊椎固定用チタン合金製ロッド及びその製造方法 |
CN103695706A (zh) * | 2013-10-18 | 2014-04-02 | 中国医科大学 | 一种用于外科固定器械的钛铜合金纳米管及其制备方法 |
CN106048306A (zh) * | 2016-08-18 | 2016-10-26 | 江苏大学 | 一种Cu合金化的Ti‑8Si合金及其制备方法 |
CN108479799A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-09-04 | 嘉兴长维新材料科技有限公司 | 一种原位负载型泡沫微孔贵金属催化剂及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109022914A (zh) * | 2018-10-09 | 2018-12-18 | 广州宇智科技有限公司 | 一种耐腐蚀高传热性能化工领域用钛合金及其工艺 |
-
1999
- 1999-08-17 JP JP23078899A patent/JP3401555B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102071369A (zh) * | 2009-11-25 | 2011-05-25 | 比亚迪股份有限公司 | 一种钛基非晶合金及其制备方法 |
CN102071369B (zh) * | 2009-11-25 | 2012-11-21 | 比亚迪股份有限公司 | 一种钛基非晶合金及其制备方法 |
JP2011256443A (ja) * | 2010-06-10 | 2011-12-22 | Showa Ika Kohgyo Co Ltd | 疲労強度に優れた低弾性率の脊椎固定用チタン合金製ロッド及びその製造方法 |
CN103695706A (zh) * | 2013-10-18 | 2014-04-02 | 中国医科大学 | 一种用于外科固定器械的钛铜合金纳米管及其制备方法 |
CN103695706B (zh) * | 2013-10-18 | 2016-04-20 | 中国医科大学 | 一种用于外科固定器械的钛铜合金纳米管及其制备方法 |
CN106048306A (zh) * | 2016-08-18 | 2016-10-26 | 江苏大学 | 一种Cu合金化的Ti‑8Si合金及其制备方法 |
CN108479799A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-09-04 | 嘉兴长维新材料科技有限公司 | 一种原位负载型泡沫微孔贵金属催化剂及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3401555B2 (ja) | 2003-04-28 |
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