JP5192382B2 - 増大した酸素含有量を有していて改善された機械的特性を示すチタン合金 - Google Patents
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Description
技術の背景
技術分野
本開示は、耐疲労性のチタン基合金およびこの合金を含む製造物品に関する。
技術分野
本開示は、耐疲労性のチタン基合金およびこの合金を含む製造物品に関する。
技術の背景の説明
移植可能な医療用器具や外科用器具を製造するために用いられてきたか、あるいはそれらを製造するのに有用であると考えられている、およそ３０の様々な金属質の生体材料（biomaterial）が存在する。これらの明確に異なる金属質生体材料は、それらの化学組成によって、また国際的なASTM標準規格、ISO標準規格およびUNS呼称によって定義されるそれらの機械的および冶金学的特性によって区別される。これら３０の金属質生体材料は４つのグループ、すなわち、ステンレス鋼（鉄基合金）、コバルト基合金、チタングレード、および特製品グレードに分類することができる。
移植可能な医療用器具や外科用器具を製造するために用いられてきたか、あるいはそれらを製造するのに有用であると考えられている、およそ３０の様々な金属質の生体材料（biomaterial）が存在する。これらの明確に異なる金属質生体材料は、それらの化学組成によって、また国際的なASTM標準規格、ISO標準規格およびUNS呼称によって定義されるそれらの機械的および冶金学的特性によって区別される。これら３０の金属質生体材料は４つのグループ、すなわち、ステンレス鋼（鉄基合金）、コバルト基合金、チタングレード、および特製品グレードに分類することができる。
移植整形外科用器具や心臓血管用器具が出現する前に、金属材料は最初、耐食性や耐熱性を必要とする他の産業における応用において用いるために開発されてきた。化学産業のために開発された特定の耐食性ステンレス鋼や航空宇宙産業のために開発された特定のコバルト基合金は、全体的な関節形成外科のための最も初期の医療用移植片への冶金技術の交差する産業への適用の例である。１９６０年代におけるステンレス鋼の股関節ステムについてのDr. John Charnleyの先駆的研究に続いて、チタン材とジルコニウム材についての研究が行われた。医療用器具の適用において好結果を示すことが証明された初期の材料は、最初のASTM F04「冶金材料」標準規格（ASTM F04.12）において定義され、それらの標準規格は公表された化学産業と航空宇宙産業の標準に由来している。これらの初期の「医療用」材料は、後にASTM F 763において「祖父材料」グレードと呼ばれ（表１を参照）、これらは一般に、それぞれがその独特の長所に基づいて、全ての新しい移植可能な金属質生体材料が比較される参照の金属質生体材料とみなされている。
過去１５年間において、４つの基本的な金属グループのそれぞれに、改善された新しい生物医学器具として重要な新しい合金が加えられ、それらの応用が展開された。下の表２に挙げた３つの比較的新しい鍛錬（wrought）ステンレス鋼合金が、医療用および外科用の器具において現在支持されて用いられている。表２には、これらの合金において用いられてきた特定の商品名も挙げられている。これらのステンレス鋼グレードについての基準としては、改善された腐食疲労性、低いニッケル含有量、および現行の生物医学用ステンレス鋼グレードに類似するかあるいはそれよりも改善された延性がある。これら３つの合金の全てが、すでに権利が満了した特許の主題であった。
コバルト基合金系を対象とする特定の重要な合金開発プロジェクトは、新規な化学組成と加工処理の進歩および改善されたコバルト基合金をもたらした。そのような開発プロジェクトの一つは、スイスの時計産業においてスプリングワイヤとして用いられてきた旧タイプの合金を生物医学用途に適用することであり、それに続いて、二つのかなり類似したグレードのものが同様に適用された。ASTM F 563「外科移植片用の鍛錬コバルト-20ニッケル-20クロム-3.5モリブデン-3.5タングステン-5鉄合金についての標準規格仕様（UNS R30563）」およびASTM F 1058「外科移植片用の鍛錬40コバルト-20クロム-16鉄-15ニッケル-7モリブデン合金のワイヤとストリップについての標準規格仕様」（Annual Book of ASTM Standards）を参照されたい。次いで、鋳造Co-28Cr-6Mo合金についての３つの変種が開発され、それぞれが鍛錬CoCrMo合金の標準規格であるASTM F 1537によって保護されている。このASTM F 1537標準規格はASTM F 799標準規格の派生であり、後者は最初は、鋳造用合金および鋳物のためのものであるASTM F 75標準規格とほぼ同一の化学組成を有する鍛造加工用および切削加工用合金のためのものであった。ASTM F 1537標準規格における合金＃３は、アルミニウムとランタンの酸化物を少量添加したCoCrMoグレードを表す。このガス噴霧した分散強化（「GADS」）合金についての特許は、鍛造して焼結した状態でのこの合金の製造方法と改善された特性について論じている。米国特許第4,714,468号および同4,687,290号を参照されたい。もっと最近になって、改善された高い繰返し疲労特性を有する単一相ASTM F 1537合金＃１についての幾つかの特許が発行された。米国特許第6,187,045号、同6,539,607号および同6,773,520号を参照されたい。同様に、高疲労タイプの35Co-35Ni-20Cr-10Mo（ASTM F 562）合金が、鍛錬加工製品と引抜き加工製品を形成するために導入された。Bradley他による「35コバルト-35ニッケル-20クロム-10モリブデン合金（ASTM F 562）の医療用グレードワイヤの溶湯の化学組成と特性の最適化」（ASM International M&PMD Conference, Anaheim, California, September 2003）を参照されたい。上で論じた様々な合金および関連する一般的商品名を下の表３に挙げる。
チタンおよびチタン合金の使用と新しいチタン材料および製品形態の品目であって医療用器具の設計者が選択すべきものにおいて、顕著な変化が生じた。１９９０年代の初期以来、チタン基合金の生体材料のための幾つかの新しいASTM標準規格が、「冶金材料」分科委員会ASTM F04.12によって開発された。下の表４に挙げるこれらの合意された標準規格は「医療用および外科用の材料と器具」本委員会F-04によって選出され、そして支持されている。一つのそのような標準規格であるASTM F 1295はα+βチタン合金を対象とし、これは最初にスイスにおいて発明され、二つの「Ti-6-4」合金に類似する固有の特性を有するが、しかしβ安定化合金元素としてバナジウムの代わりにニオブを用いる。第二の新しい標準規格であるASTM F 1472は、最も広く製造された航空宇宙用チタングレードであるTi-6Al-4V合金（UNS R56400）の生体材料への応用を目的とする。
同時の分科委員会を通してのASTM F 1713とF 1813のミーティングは、特に構造整形外科用移植用途のために医療用器具の製造会社によって設計された特性を有する二つの全く新しい準安定βチタン合金についてのものであった。ASTM F 2066標準規格は、準安定βチタン合金であるチタン-15モリブデン（Ti-15Mo）のために開発された。ASTM F 2146は医療用器具のために用いられる低合金α+βTi-3Al-2.5V管材料を保護し、これは４０年以上にわたって航空宇宙用油圧用鋼管のために用いられた製品を基礎とするものである。
別の準安定βチタン合金であるTi-35Nb-7Zr-5Taは、腰部全体および膝関節全体のシステムなどの構造整形外科用移植片として特に開発され、３つの確立されたα+βチタン合金の幾つかの技術的限界を克服する目的を伴っていた。合金元素としてチタン、ニオブ、ジルコニウムおよびタンタルを用いて、この合金の優れた耐食性と骨の統合性（osseointegratabilty）が証明されている。Hawkins他による「Osseointegration of a New Beta Titanium Alloy as Compared to Standard Orthopaedic Implant Materials」（No. 1083, Sixth World Biomaterials Congress, Society for Biomaterials, May 2000）およびShortkroff他による「In Vitro Biocompatibility of TiOsteum」（No. 341, Society for Biomaterials, Brigham and Women’s Hospital and Harvard Medical School, April 2002）を参照されたい。
現在利用できて、また開発されつつある多様なチタン基材料およびその他の生体材料があるにもかかわらず、医療用および外科用にさらに改善された材料に対する必要性が残っている。例えば、生体適合性のチタン基材料の繰返し疲労強度および特定のその他の機械的特性の改善は、高い応力および／または繰返し応力を受ける改善された医療用移植片を製造するのに特に役立つであろう。しかしながら、そのような改善された合金のいずれも、医療用または外科用の器具についての意図された応用のために適した十分な延性をさらに提供しなければならない。例えば、外傷のケースにおける整形外科医は、患者の必要性に適合させるために、これらの改善された合金からなる骨の板状移植片を成形する必要があるかもしれない（例えば金属プレートまたはロッドの手術中での成形）。合金が置き換わるかまたは修復する人間の骨または組織の特性が十分に再現されるように、改善された合金は適切な弾性率を示す必要もある。
もっと一般的には、改善された特性および／または低い製造コストを有していて、例えば、生物医学、航空宇宙、自動車、原子核、発電、模造宝石類および化学的な加工処理の用途を含む１以上の様々な用途において用いることのできるチタン基合金に対する必要性が残っている。
概要
本開示の一つの側面は、重量パーセントで、０.０５以下の窒素、０.１０以下の炭素、０.０１５以下の水素、０.１０以下の鉄、０.２０を超える酸素、１４.００〜１６.００のモリブデン、チタン、および不可避不純物を含む準安定βチタン合金を対象とする。
本開示の一つの側面は、重量パーセントで、０.０５以下の窒素、０.１０以下の炭素、０.０１５以下の水素、０.１０以下の鉄、０.２０を超える酸素、１４.００〜１６.００のモリブデン、チタン、および不可避不純物を含む準安定βチタン合金を対象とする。
本開示のさらなる側面は、重量パーセントで、０.０５以下の窒素、０.１０以下の炭素、０.０１５以下の水素、０.１０以下の鉄、０.２０を超える酸素、１４.００〜１６.００のモリブデン、少なくとも８３.５４のチタン、および不可避不純物を含む準安定βチタン合金を対象とする。
本開示の別の側面は、本質的に、重量パーセントで、０.０５以下の窒素、０.１０以下の炭素、０.０１５以下の水素、０.１０以下の鉄、０.２０を超える酸素、１４.００〜１６.００のモリブデン、少なくとも８３.５４のチタン、および不可避不純物からなる準安定βチタン合金を対象とする。
本開示のさらに別の側面は、重量パーセントで、０.０５以下の窒素、０.１０以下の炭素、０.０１５以下の水素、０.１０以下の鉄、０.２０を超える酸素、１４.００〜１６.００のモリブデン、少なくとも８３.５４のチタン、および不可避不純物からなる準安定βチタン合金を対象とする。
本開示のさらなる側面は、本開示に記載された新規な化学組成を有する準安定βチタン合金であって、酸素の含有量を除いて、UNS R58150の組成を有する合金を対象とする。
本開示のさらなる側面は、本開示に記載された新規な化学組成を有する準安定βチタン合金であって、酸素の含有量および十分に再結晶化したベータ相組織であることが求められる「特別な要件（Special Requirements）」の下でのセクション9.1の規定を除いて、外科用移植片の製造において用いるのに適した鍛錬Ti-15Mo合金のためのASTM F 2066-01の要件の全てを満たす合金を対象とする。
本開示のさらなる側面は、本開示に記載された新規な化学組成を有する準安定βチタン合金であって、酸素の含有量および十分に再結晶化したベータ相組織であることが求められる「特別な要件（Special Requirements）」の下でのセクション9.1の規定を除いて、外科用移植片の製造において用いるのに適した鍛錬Ti-15Mo合金のためのASTM F 2066-01の要件の全てを満たす合金を対象とする。
本開示のさらなる側面は、本開示に記載された新規な化学組成を有する準安定βチタン合金を対象とし、この合金は、一つのことを除いて、同じ方法で加工処理されて同じ化学組成を有する第二の合金よりも大きな降伏強さと結局引張り強さ（ultimate tensile strength）のうちの少なくとも一つを有していて、ここでその一つのこととは、第二の合金が０.２０重量パーセント以下の酸素を含有することである。
本開示のさらなる側面は、本開示に記載された新規な化学組成を有する準安定βチタン合金を対象とし、この合金は、一つのことを除いて、同じ方法で加工処理されて同じ化学組成を有する第二の合金よりも改善された繰返し疲労特性を有していて、ここでその一つのこととは、第二の合金が０.２０重量パーセント以下の酸素を含有することである。
本開示の別の側面は、ここに記載されたいずれかの新規な組成を有する準安定βチタン合金を含む製品を対象とする。そのような製品には、例えば、医療、外科、航空宇宙、自動車、原子核、発電、宝石類および化学的な加工処理の用途のうちの１以上において用いられる器材および部品が含まれる。一つの特定の非限定的な態様において、製品は外科移植用器具またはそのための部品である。可能性のある外科移植用器具および部品であって、本開示に記載された合金の態様を用いることのできるものの特定の非限定的な例としては、部分的および全体的な腰部と膝関節の代替部品、骨髄間ロッド、骨折板、脊柱固定部品および脊柱盤代替品、スクリュー付き外傷用プレート、ワイヤおよびケーブル、スクリュー付き留め具、固定具付きの爪、歯科用鋳造品、移植用ポスト、移植用器具、および単一の歯の移植片、歯列矯正用アーチワイヤおよび固定具、心臓弁用リングおよび部品、輪郭台座およびプレート台座、工具および器具、および多方面の留め具および金物類がある。可能性のある非外科用器具および部品であって、ここに記載された合金の態様を用いることのできるものの特定の非限定的な例としては、自動車用トーションバー、航空宇宙用の留め具、軍事用および商業用航空機のための耐食性の薄いシート材、高性能なレース用およびオートバイ用のスプリング、および耐食性の化学的な加工処理用の管および留め具がある。
非限定的な態様の詳細な説明
発明者らは、通常のチタン基生物医学用合金の組成を変更し、それにより医療用器具、外科用器具およびその他の用途のために重要なこの合金の特定の性質を改善することができると結論づけた。より具体的には、発明者らは、様々なチタン基合金の機械的特性に及ぼす酸素の影響を考察し、そのデータから推定を行い、そしてTi-15Mo合金の酸素含有量をASTM F 2066に挙げられている０.２０重量パーセントの限度よりも増大させることによってこの合金の疲労特性が実際に改善し、それにより様々な医療用および外科用の器具用途およびその他の用途における合金の性能が改善すると結論づけた。後に論じるように、降伏強さ（YS）と酸素含有量の間に相関関係が存在するか否かを調査するために、８つのチタングレードおよび合金（α、α+β、および準安定β）に関してATI Allvac（Monroe、ノースカロライナ州）が保有している実験データの研究が行われた。医療用、外科用およびその他の特定の用途のために、構造用チタン合金は極めて好ましい高い繰返し疲労特性を有していなければならない。チタン合金において、疲労強度はYSとかなりの相関関係がある。従って、発明者らはTi-15Mo合金における酸素含有量と疲労特性の間の関係を確かめるために、８つのチタングレードおよび合金についての酸素含有量とYSの間で観察された普遍的な関係をよりどころとした。より詳細には、発明者らは、Ti-15Mo合金の酸素含有量をASTM F 2066において確立された最大値よりも増大させることによってこの合金の疲労特性が改善されるか否かを確かめるために、これら８つの対象とするチタングレードおよび合金についての酸素含有量とYSの間で観察された普遍的な関係をよりどころとした。後に論じるように、発明者らはまた、合金の酸素含有量がASTM F 2066-01に挙げられた最大含有量よりも増大したときに、Ti-15Mo合金の機械的特性の改善が生じるかを確認する試験を行った。
発明者らは、通常のチタン基生物医学用合金の組成を変更し、それにより医療用器具、外科用器具およびその他の用途のために重要なこの合金の特定の性質を改善することができると結論づけた。より具体的には、発明者らは、様々なチタン基合金の機械的特性に及ぼす酸素の影響を考察し、そのデータから推定を行い、そしてTi-15Mo合金の酸素含有量をASTM F 2066に挙げられている０.２０重量パーセントの限度よりも増大させることによってこの合金の疲労特性が実際に改善し、それにより様々な医療用および外科用の器具用途およびその他の用途における合金の性能が改善すると結論づけた。後に論じるように、降伏強さ（YS）と酸素含有量の間に相関関係が存在するか否かを調査するために、８つのチタングレードおよび合金（α、α+β、および準安定β）に関してATI Allvac（Monroe、ノースカロライナ州）が保有している実験データの研究が行われた。医療用、外科用およびその他の特定の用途のために、構造用チタン合金は極めて好ましい高い繰返し疲労特性を有していなければならない。チタン合金において、疲労強度はYSとかなりの相関関係がある。従って、発明者らはTi-15Mo合金における酸素含有量と疲労特性の間の関係を確かめるために、８つのチタングレードおよび合金についての酸素含有量とYSの間で観察された普遍的な関係をよりどころとした。より詳細には、発明者らは、Ti-15Mo合金の酸素含有量をASTM F 2066において確立された最大値よりも増大させることによってこの合金の疲労特性が改善されるか否かを確かめるために、これら８つの対象とするチタングレードおよび合金についての酸素含有量とYSの間で観察された普遍的な関係をよりどころとした。後に論じるように、発明者らはまた、合金の酸素含有量がASTM F 2066-01に挙げられた最大含有量よりも増大したときに、Ti-15Mo合金の機械的特性の改善が生じるかを確認する試験を行った。
１．特定のチタン基金属の生体材料の化学組成
表５は、商業的な純チタングレード、α+βチタングレードおよび準安定βチタングレードを含めた幾つかの商業的に重要なチタングレードおよび合金について関連のあるASTM仕様書に明記された化学組成を与える。それぞれのグレードまたは合金について、それぞれ明記された合金元素、侵入元素（interstitial）および（存在する場合）痕跡量の不純物元素についての最小値と最大値が挙げられている。表５に示された並列比較によれば、一般に、より高い最大酸素限度を有する仕様は、より大きな合金含有量を有するグレードと関係があることがわかる。合金の含有量の一つの意義のある尺度は、表５に挙げられた「チタン、平均」の値を計算することによって得られ、これは適当なASTM標準規格に従う各々のグレードまたは合金についてのチタン含有量の規定された最少限度と最大限度の（差による）算術平均である。１からこの値を引くと、（侵入元素を含む）合金含有量の尺度は、表５に挙げられた「平均の合金含有量」となる。Ti-35Nb-7Zr-5Taは４８.８３％の平均の合金含有量を有するが、０.７５％の最大の酸素含有量を規定し、一方、Ti-6Al-4V ELIは１０.２６％の平均の合金含有量を有するが、０.１３％の最大の酸素含有量を規定する。
表５は、商業的な純チタングレード、α+βチタングレードおよび準安定βチタングレードを含めた幾つかの商業的に重要なチタングレードおよび合金について関連のあるASTM仕様書に明記された化学組成を与える。それぞれのグレードまたは合金について、それぞれ明記された合金元素、侵入元素（interstitial）および（存在する場合）痕跡量の不純物元素についての最小値と最大値が挙げられている。表５に示された並列比較によれば、一般に、より高い最大酸素限度を有する仕様は、より大きな合金含有量を有するグレードと関係があることがわかる。合金の含有量の一つの意義のある尺度は、表５に挙げられた「チタン、平均」の値を計算することによって得られ、これは適当なASTM標準規格に従う各々のグレードまたは合金についてのチタン含有量の規定された最少限度と最大限度の（差による）算術平均である。１からこの値を引くと、（侵入元素を含む）合金含有量の尺度は、表５に挙げられた「平均の合金含有量」となる。Ti-35Nb-7Zr-5Taは４８.８３％の平均の合金含有量を有するが、０.７５％の最大の酸素含有量を規定し、一方、Ti-6Al-4V ELIは１０.２６％の平均の合金含有量を有するが、０.１３％の最大の酸素含有量を規定する。
表５における規定された化学組成のデータは、CPチタングレード（αミクロ組織）、３つの挙げられたα+βチタン合金、および３つの挙げられた準安定βチタン合金の間の差異を数値で説明している。４つのCPチタングレード（これら全てがαミクロ組織を有する）の間に顕著な化学的相違、機械的相違、耐食性の相違および骨の統合性（osseointegratabilty）の相違が存在するが、これらCPグレードとその他の考察されるグレードとの間の相違が容易にわかるように、CPチタングレードのグループは単にTi-CP-4（UNS R50700）で表されている。
２．チタン基金属の生体材料の酸素含有量
酸素の含有量は４つのCPチタングレードの強度と延性のレベルに影響を及ぼし、酸素がCPグレード１についての０.１８％からCPグレード４についての０.４０％に２倍になるとき、規定された最小のYSはグレード１についての１７２MPaからグレード４についての４８３MPaにほぼ３倍増大する。伸びはグレード１についての２４％からグレード４についての１５％に減少する。
酸素の含有量は４つのCPチタングレードの強度と延性のレベルに影響を及ぼし、酸素がCPグレード１についての０.１８％からCPグレード４についての０.４０％に２倍になるとき、規定された最小のYSはグレード１についての１７２MPaからグレード４についての４８３MPaにほぼ３倍増大する。伸びはグレード１についての２４％からグレード４についての１５％に減少する。
表５に挙げられた３つのα+βチタン合金について、酸素と合金含有量の両者で差異がある。Ti-6Al-4V ELIとTi-6Al-4Vは規定された最大の酸素含有量と規定された最小のYS値を有し、それぞれ０.１３％と７９５MPaおよび０.２０％と８６０MPaである。Ti-6Al-7NbはTi-6Al-4VおよびTi-6Al-4V ELIよりもわずかに多く合金化されていて（約１３％と約１０％）、そして０.２０％の規定された最大の酸素含有量と８００MPaの規定された最小のYS値を有する。
医療用および外科用に用いられる３つの準安定βチタン合金が表５に含まれる。３つの合金のうちの２つはTi-Moグループの合金からのものであり（Ti-12Mo-6Zr-2Fe（UNS R58120）およびTi-15Mo（UNS R58150））、そして第三の合金はTi-Nb合金（Ti-35Nb-7Zr-5Ta（R58350））である。これら３つの合金についての規定された最大の酸素含有量と合金の含有量の値は比較的大きい。このことは航空宇宙産業において用いられるその他の市販の準安定βチタン合金にも概ね当てはまり、そして特にTi-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr（UNS R58640）についてそうであり、この合金の規定された最大の酸素含有量と合金の含有量はそれぞれ０.２５％および約２５％である。表５に挙げられた３つの準安定β合金は、約２０％、約１５％、および約４７％の合金含有量の値を有する。表６は、これら３つ全ての準安定βグレードについての規定された最少および最大の酸素レベルとともに、３つのα+β合金およびCPグレードチタンについての値を要約している。Ti-12Mo-6Zr-2FeおよびTi-35Nb-7Zr-5Taについての最大の酸素含有量の値は３つのα+β合金についての値よりもかなり大きいことに留意されたい。
３．製造されたインゴットについての降伏強さと酸素含有量の関連づけ
医療用および外科用器具の通路の中に供給されるチタンの半仕上げの圧延製品の大部分が、大規模な圧延生産ロットにおいて、（ワイヤやボーンプレートの素材などの）再引抜き用のために、丸いビレット、丸棒、丸いロッド（ある長さに切断した小径の棒）またはロッドコイルの素材などとして製造される。同様に、航空宇宙用および自動車用の大部分のTi-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr合金も、チタンの圧延機またはそれらのコンバーター（converter）によって半仕上げの長尺製品として製造され、一方、その他のものは（シート、プレートおよびストリップの製品形態を含む「平板な製品」に対するものとしての）これらのいわゆる長尺製品から完成品として製造される。Ti-10V-2Fe-3Al合金は主として丸い「ビレット」製品として、すなわち着陸装置における大きなトラックビーム部品に直接鍛造することのできる大径の中間製品として製造される。しかし、Ti-10V-2Fe-3Al合金のうちの幾つかのものは長尺の製品形態で製造され、そして商業用の航空機におけるブレーキロッドのために用いられる。
医療用および外科用器具の通路の中に供給されるチタンの半仕上げの圧延製品の大部分が、大規模な圧延生産ロットにおいて、（ワイヤやボーンプレートの素材などの）再引抜き用のために、丸いビレット、丸棒、丸いロッド（ある長さに切断した小径の棒）またはロッドコイルの素材などとして製造される。同様に、航空宇宙用および自動車用の大部分のTi-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr合金も、チタンの圧延機またはそれらのコンバーター（converter）によって半仕上げの長尺製品として製造され、一方、その他のものは（シート、プレートおよびストリップの製品形態を含む「平板な製品」に対するものとしての）これらのいわゆる長尺製品から完成品として製造される。Ti-10V-2Fe-3Al合金は主として丸い「ビレット」製品として、すなわち着陸装置における大きなトラックビーム部品に直接鍛造することのできる大径の中間製品として製造される。しかし、Ti-10V-2Fe-3Al合金のうちの幾つかのものは長尺の製品形態で製造され、そして商業用の航空機におけるブレーキロッドのために用いられる。
酸素の含有量とYSの間に何らかの関係が存在するか否かを決定するために、製品の実験分析データを用いて調査が行われた。ATI Allvac（Monroe、ノースカロライナ州）の製品実験データが用いられた。ATI Allvacは、航空宇宙用および生物医学用の両者において用いるための半仕上げ圧延製品として表５および表６に挙げたCP、α+β、および準安定βチタン材料のそれぞれを製造していて、何年にもわたってこれらの商業的な製品についての化学組成を分析し、また特定の機械的特性を確認してきた。発明者の知識によれば、生物医学用および外科用に用いられるチタン合金のこのような広範囲の系列について、化学組成と特定の機械的特性についてのデータをこれまでに集めた者は誰もいない。調査は、概ね同じ条件下で同じかまたは類似の装置を用い、そして概ね同じ製造工程を用いて加工処理されたそれぞれの合金からなる半仕上げ圧延製品について、表５および表６に挙げた７つのASTM組成物についてATI Allvacが所有している実験オンラインファイルのものを対象として行われた。ATI Allvacが所有していた大規模なデータを分類することによって多くの試料が得られ、これらの合金についてYSと酸素含有量との間に何らかの相関関係が存在するか否かを、統計的に有意な方法で考察することができた。
様々なチタンおよびチタン合金の金属質生体材料の平均のYSに及ぼすインゴット酸素含有量の影響を図１に示す。それぞれのデータポイントは、同一のインゴット酸素含有量を有する一つまたは多数のインゴットまたはヒートから統合し平均して得られたデータの「バッチ」を表す。それぞれのデータポイントについて挙げられたインゴット酸素含有量は、認証されたインゴット酸素レベルである。図１は、上述したように、同様にして製造されて、そして適切な生物医学仕様に適合する様々な丸棒製品の直径についての圧延焼なまし（mill annealing）条件における圧延製品のデータの比較を示す。それぞれの合金はプラズマアーク溶解または真空アーク溶解され、プレス加工されそして中間のビレットに回転鍛造され、丸棒またはコイルに熱間圧延され、そして仕上げの切削加工が行われた。対応する平均のYSデータを表７に挙げる。また、回帰分析によって計算された標準誤差（データの広がりの度合い）を表８に挙げる。
図１に示す比較は、様々なチタングレードおよび合金の降伏特性に及ぼす酸素含有量の影響の「マクロな」表示を意図する。従って、上述したように、それぞれのデータポイントはそれぞれの酸素含有量について集められた全ての降伏強さのデータの平均を表していて、そして例えば圧延温度、圧延焼なまし温度、および最終の棒材のサイズなどのプロセスパラメーターにおけるわずかな相違は無視している。続いて、図１を作るために２０００を超えるデータポイントが分析された。回帰分析によって図１にプロットされた曲線に基づくと、検討されたCPチタングレードおよびチタン合金について、平均の０.２％YSは合金の酸素含有量に伴って変化することがわかる。具体的に言うと、酸素のレベルが増大すると、YSも増大する。図１からはまた、様々なチタン合金についてのインゴット酸素レベルの全範囲にわたる酸素の格子間強化の寄与を予測することができる。
４． Ti-35Nb-7Zr-5Ta準安定βチタン合金
Ti-35Nb-7Zr-5Ta準安定βチタン合金について、図１にプロットしたデータについて綿密な考察を行うことは有益である。０.１６％〜０.３８％の範囲の酸素レベルについて、Ti-35Nb-7Zr-5Taは、Ti CPグレード２とTi-15Mo準安定β合金を除いて、プロットされた全ての合金よりも低いYSを示す。０.３８％〜０.６２％の間の酸素レベルについて、Ti-35Nb-7Zr-5TaについてのYS範囲の全長は、図におけるα+β合金（Ti-6Al-4V ELI、Ti-6Al-4VおよびTi-6Al-7Nb）とTi-12Mo-6Zr-2Fe準安定β合金のYS範囲の合計に相当する。０.６２％よりも高い酸素レベルについて、Ti-35Nb-7Zr-5TaのYSは、図においてプロットした他の合金の全てのYSを超える。この結果、Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金については、インゴットの酸素含有量を変化させることによって広いYS範囲を達成することができる。
Ti-35Nb-7Zr-5Ta準安定βチタン合金について、図１にプロットしたデータについて綿密な考察を行うことは有益である。０.１６％〜０.３８％の範囲の酸素レベルについて、Ti-35Nb-7Zr-5Taは、Ti CPグレード２とTi-15Mo準安定β合金を除いて、プロットされた全ての合金よりも低いYSを示す。０.３８％〜０.６２％の間の酸素レベルについて、Ti-35Nb-7Zr-5TaについてのYS範囲の全長は、図におけるα+β合金（Ti-6Al-4V ELI、Ti-6Al-4VおよびTi-6Al-7Nb）とTi-12Mo-6Zr-2Fe準安定β合金のYS範囲の合計に相当する。０.６２％よりも高い酸素レベルについて、Ti-35Nb-7Zr-5TaのYSは、図においてプロットした他の合金の全てのYSを超える。この結果、Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金については、インゴットの酸素含有量を変化させることによって広いYS範囲を達成することができる。
Ti-35Nb-7Zr-5Taの引張りについてのデータのより詳細な概括を図２に示す。この図は、インゴット酸素含有量の関数としての結局引張り応力（UTS）、YS、伸び、および絞り（ROA）をプロットしている。図１におけると同様に、各々のデータの柱または点は、特定のインゴット酸素レベルについて、様々な圧延製品の形態から得られた全ての圧延焼なまし試験データの平均からなる。図２は図１において認められる強度と酸素含有量の関係を確認するものである。酸素含有量が０.１６％から０.６８％に増大すると、UTSは７１５MPaから１０９６MPaに増大し、そしてYSは６６９MPaから１０７７MPaに増大する。この増大については下の表９にも示されている。意義深いこととして、インゴットの酸素含有量が増大するのに伴ってUTSとYSが増大するとき、合金の延性は低下しない。Ti-35Nb-7Zr-5Taの延性（伸び、すなわち「EL」）は、検討した全ての酸素範囲にわたって１８.５％よりも大きい。
延性に加えて、図３に示すように、Ti-35Nb-7Zr-5Taの弾性率は約４０％を超えては増大しなかったが（５９GPaから約７８GPaまで）、一方、酸素含有量は約０.０６％から約０.７５％に増大し、これは１０倍以上の酸素含有量の増大である。延性は劣化せず、酸素含有量が増大したときに弾性率は著しくは増大せず、それに加えて、YSと酸素含有量の間に密接な相関関係がある、という所見は予期せざることであった。
５．Ti-15Mo合金の酸素含有量への影響
上で説明した研究において明らかになった関係に基づくと、ASTM仕様F 2066-01（「外科移植片用の鍛錬チタン-15モリブデン合金のための標準仕様（UNS R58150）」）においてTi-15Mo合金の酸素含有量が最大で０.２０％以上に増大すると（表５を参照）、合金の延性が著しくは低下することなくYSとUTSが改善されるはずである。しかし、合金の酸素含有量が増大するとき、合金の延性は低下する。従って、合金を使用できなくするほど低いレベルまで合金の延性が低下するような酸素含有量の上限が存在すると想定される。合金の延性が重要である場合、本開示に従うTi-15Mo合金の酸素含有量は、合金の総重量に基づいて１.０重量パーセント以下であるのが好ましい。また、本発明者が入手できる限られた延性のデータを考察すると、約０.７重量パーセントを超える酸素を含有する本開示に従うTi-15Mo合金は５％未満の伸びを有すると思われ、これは大部分の従来の用途については許容できない延性の度合いである。従って、酸素についてのより好ましい上限は、合金の総重量に基づいて０.７重量パーセントであり、さらに好ましくは０.５重量パーセント以下である。一方、合金の強度と疲労特性は酸素含有量が増大するのに伴って増大すると考えられるので、本開示に従う合金の特定の態様は、合金の総重量に基づいて少なくとも０.２５重量パーセントの酸素を含有するだろう。従って、例えば、本合金の特定の態様は、全て合金の総重量に基づいて、０.２５〜１.０重量パーセントの酸素、０.２５〜０.７重量パーセントの酸素、あるいは０.２５〜０.５重量パーセントの酸素を含むだろう。本開示を考察したとき、当業者であれば、過度の実験を行うことなく、合金の強度、疲労および延性の特性の釣り合いを適度にとるために、特定の用途のための最適な合金の酸素含有量を決定することができるだろう。
上で説明した研究において明らかになった関係に基づくと、ASTM仕様F 2066-01（「外科移植片用の鍛錬チタン-15モリブデン合金のための標準仕様（UNS R58150）」）においてTi-15Mo合金の酸素含有量が最大で０.２０％以上に増大すると（表５を参照）、合金の延性が著しくは低下することなくYSとUTSが改善されるはずである。しかし、合金の酸素含有量が増大するとき、合金の延性は低下する。従って、合金を使用できなくするほど低いレベルまで合金の延性が低下するような酸素含有量の上限が存在すると想定される。合金の延性が重要である場合、本開示に従うTi-15Mo合金の酸素含有量は、合金の総重量に基づいて１.０重量パーセント以下であるのが好ましい。また、本発明者が入手できる限られた延性のデータを考察すると、約０.７重量パーセントを超える酸素を含有する本開示に従うTi-15Mo合金は５％未満の伸びを有すると思われ、これは大部分の従来の用途については許容できない延性の度合いである。従って、酸素についてのより好ましい上限は、合金の総重量に基づいて０.７重量パーセントであり、さらに好ましくは０.５重量パーセント以下である。一方、合金の強度と疲労特性は酸素含有量が増大するのに伴って増大すると考えられるので、本開示に従う合金の特定の態様は、合金の総重量に基づいて少なくとも０.２５重量パーセントの酸素を含有するだろう。従って、例えば、本合金の特定の態様は、全て合金の総重量に基づいて、０.２５〜１.０重量パーセントの酸素、０.２５〜０.７重量パーセントの酸素、あるいは０.２５〜０.５重量パーセントの酸素を含むだろう。本開示を考察したとき、当業者であれば、過度の実験を行うことなく、合金の強度、疲労および延性の特性の釣り合いを適度にとるために、特定の用途のための最適な合金の酸素含有量を決定することができるだろう。
医療用、外科用および特定のその他の用途、そして特に外科移植片用に用いられるチタン合金は典型的に、非常に高い繰返し疲労特性を有していなければならない。チタン合金における繰返し疲労特性はYSと合理的に十分に相関性がある。従って、Ti-15Mo合金中の酸素含有量が増大すると、延性が低下することなく合金のYSが増大することを教示する、ここで示されたデータに基づいて、発明者らは、Ti-15Moの酸素含有量がASTM F 2066-01の０.２０重量パーセントの限度を超えて増大すると、合金の繰返し疲労特性も改善すると結論づけた。もっと一般に言うと、発明者らは、Ti-15Moの酸素含有量がASTM F 2066-01の０.２０重量パーセントの限度を超えて増大すると、延性を著しく低下させることなく、また弾性率を問題となる程度まで増大させることなく、合金のYS、UTS、繰返し疲労特性、そしておそらくはその他の機械的特性が著しく改善するであろう、と結論づけた。さらにまた、Ti-15Mo準安定β合金のそのような「高酸素含有量」タイプのものは、ASTM F 2066-01合金と同等かあるいはもっと良好な耐食性と生体適合性（例えば骨の統合性（osseointegratabilty））を有するであろうと考えられる。酸素含有量をASTM F 2066-01の０.２０重量パーセントの限度を超えて増大させることによって、他の特性、例えば均一性やミクロ組織も改善されるかもしれない。さらに、高酸素含有量の合金は製造するのが比較的困難ではなく、また医療用器具の製造業者にとって売りよい製造物品に転換するのが容易であろう。この合金の予測される改善された疲労特性と満足できる延性の特性は、「構造」整形外科、特定の心臓血管器具、外傷用器具、および歯科器具や歯列矯正器具への適用に適している。合金の酸素含有量を０.２０重量パーセントを超えて増大させることによって、例えば外科移植片用に問題があるほどに延性または弾性率を増大させることなく、Ti-15Mo準安定β合金の疲労特性が改善するという結論を確認するために、機械的特性を評価するための高酸素含有量Ti-15Mo準安定β合金の二つのヒートが用意された。各々のヒートの合金の半仕上げビレットが幾つかの位置で試料採取されて、各々のビレットの化学組成が測定された。各々のビレットから採取された幾つかの試料の化学組成、平均の化学組成、および試料間の標準偏差が下の表１０と表１１に示され、ここでそれらのヒートをヒート＃１およびヒート＃２と呼ぶ。ヒート＃１についての酸素の目標値は０.３５重量パーセントであり、ヒート＃２については０.５０重量パーセントであった。炭素についてのASTM F 2066-01の範囲は最大で０.１０重量パーセントであるが、炭素の含有量は評価されなかった。表１０と表１１における結果によれば、ヒート＃１および＃２のそれぞれの化学組成は、酸素および測定されなかった炭素を除いて、F 2066-01の仕様限度の範囲内である。
それぞれのヒートからの圧延したままの「ブラックバー」材料から溶体化処理した試料について、仕上げの矯正、センターレス研削またはピーニング/研摩を行う前に、引張り試験が行なわれた。両方のチタンインゴットが回転鍛造されて、公称値で４.０００インチの直径のビレットが製造された。ビレットは、ATI Allvac（サウスカロライナ州、Richburg）において連続圧延機で公称値で０.５００インチの直径の棒材に圧延された。次いで、二つの棒材のロットからランダムに試料採取を行って、代表としての引張り試料を得た。表１２は、約０.３５重量パーセントの酸素を含むヒート＃１の材料についての引張り試験の結果を与える。表に挙げた結果は、試験の間に記録された引張り試験片の次の室温特性を含む：弾性率（E）、結局引張り強さ（UTS）、降伏強さ（YS）、伸び（EL）、および絞り（RA）である。表１２はヒート＃１の材料からなる棒材の１０個の個々の試料についての結果を与え、このときそれぞれの試料は（i）ヒート＃１のベータ浸出温度（beta transus temperature）またはそれよりも高い温度において溶体化処理され、次いで（ii）室温において引張り試験が行なわれた。表１２の最も右側の欄は、特定の棒材試料について用いられた溶体化処理温度を示す。
表１３は、約０.５０重量パーセントの酸素を含むヒート＃２の材料についての引張り試験の結果を与える。表１３はヒート＃２の材料からなる棒材の１０個の個々の試料についての結果を与え、このときそれぞれの試料は（i）ヒート＃２のベータ浸出温度またはそれよりも高い温度において溶体化処理され、次いで（ii）室温において引張り試験が行なわれた。表１３の最も右側の欄は、特定の棒材試料について用いられた溶体化処理温度を示す。表１２と表１３のそれぞれには、ASTM F 2066-01に示された引張り特性についての最小の許容可能な値も示している。
本開示に従う高酸素含有量Ti-15Mo合金と通常の酸素含有量を有する類似の合金との間の機械的特性の比較をより容易にするために、表１４はASTM F 2066-01に従うベータ焼なまし状態での通常のTi-15Moβチタン合金の多数の試料の機械的特性を与える。表１４における試料は二つの異なるヒートであるヒートAとヒートBからの合金についてのものであり、そこに示された直径の棒材から引張り試験の試料が用意された。表１４はまた、ヒートAとヒートBのそれぞれから得られた試料および全ての試料についての平均のUTS、YS、EL、ROAおよびEと、さらにASTM F 2066-01に示された引張り特性についての最小の許容可能な値も示している。ヒートAの酸素含有量は０.１３７％であり、ヒートBについては０.１５４％であった。従って、ヒートAおよびBの合金は０.２０重量パーセント未満の酸素を含み、これはASTM F 2066-01の下での通常の値である。
表１５は、表１２、１３および１４に挙げた引張りの結果を直接比較していて、約０.３５重量パーセントの酸素および約０.５０重量パーセントの酸素を有する本開示に従う合金についてのUTSとYSの値は通常のTi-15Mo合金材料についての値よりもかなり大きく、そしてUTSとYSは酸素含有量が増加するのに伴って増大することを、比較して示している。図４は、表１４（０.２０重量パーセント未満の酸素）、表１２（約０.３５重量パーセントの酸素）および表１３（約０.５０重量パーセントの酸素）におけるデータを用いての酸素含有量の関数としてのUTSとYSの最も小さい四角形の曲線である。図４は、Ti-15Moタイプの合金について、酸素含有量が増大するのに伴ってUTSとYSも増大する傾向があることを図示している。
ヒート＃１およびヒート＃２の二つの高酸素含有量Ti-15Mo合金のUTSとYSがより大きい場合、一般に、ベータ焼なまし状態における通常の（すなわち「低酸素の」）Ti-15Mo合金（０.２０重量パーセント未満の酸素）の疲労特性に対して、これらの合金についての高い繰返し腐食疲労特性（例えば、高い繰返し疲労耐性と疲労限界）が改善されることが予測される。また、疲労特性の改善は酸素含有量が増大するのに伴って高まると考えられる。さらに、通常のTi-15Mo材料の試料に対してヒート＃１および＃２の材料について示されるUTSとYSが著しく改善された場合（表１５を参照）、ヒート＃１および＃２の高酸素合金については疲労特性の改善も顕著であると予測される。また、表１５におけるデータからは、特定のUTSとYSを有するTi-15Moタイプの合金を用いた場合、この材料の酸素含有量を０.２０重量パーセント以上のレベルに適切に調整することによって、所望の耐疲労性（または耐腐食疲労性）が得られることがわかる。このようにして、実質的に同じ組成を有する高強度で耐疲労性の高いTi-15Moタイプの合金であって強さの特性と耐疲労性が異なるものの「一群」を得ることができる。
表１５で挙げられてそして図５で図示されるような、ここで提示される伸びと絞りのデータは、本開示に従う高酸素含有量の合金の態様が好ましい延性を有することを証明する。しかし、上で論じたように、合金の酸素含有量が増大すると延性が低下する。合金の延性が重要である場合、本開示に従うTi-15Mo合金の酸素含有量は好ましくは、合金の総重量に基づいて１.０重量パーセント以下である。また、本発明者が入手できる限られた数の延性のデータからの推定に基づけば、約０.７重量パーセントを超える酸素を含む本開示に従うTi-15Mo合金は５％未満の伸びを有し、これはTi-15Moタイプの合金の最も一般的な用途に対しては許容されえない。従って、酸素についてのより好ましい上限は、合金の総重量に基づいて０.７重量パーセントであり、そしてさらに好ましい上限は０.５重量パーセント以下である。
一方において、本開示に従う合金の強度と疲労特性は酸素含有量が増大するのに伴って増大するので、本合金の特定の態様は、合金の総重量に基づいて少なくとも０.２５重量パーセントの酸素を含むだろう。強度、疲労特性および延性に及ぼす酸素含有量が増大することの影響を考慮すると、本開示に従う合金の特定の非限定的な態様は、全て合金の総重量に基づいて、０.２５〜１.０重量パーセントの酸素、０.２５〜０.７重量パーセントの酸素、あるいは０.２５〜０.５重量パーセントの酸素を含む。
本開示の高酸素含有量Ti-15Mo合金の強度と延性の特性は、生物医学用途に用いられる特定の商業的に入手できる材料に匹敵する。そのような合金の一例はTMZF（登録商標）βチタン合金（UNS R58120）であり、これはStryker Orthopaedics（Mahwah、ニュージャージー州）向けのATI Allvac（Monroe、ノースカロライナ州）によって焼なまし状態で生産されている。TMZF（登録商標）合金の公称組成は、重量パーセントで次の通りである：０.０２以下の炭素、２.０の鉄、０.０２以下の水素、１２.０のモリブデン、０.０１の窒素、０.１８の酸素、６.０のジルコニウム、残部のチタン。TMZF（登録商標）合金の報告されている典型的な機械的特性は、１４５ksiの結局引張り強さ、１４０ksiの０.２％オフセット降伏強さ、１３％の伸び、および４０％の絞りである。従って、ヒート＃１および＃２の高酸素Ti-15Mo材料について表１５で挙げた平均のUTS、YS、ELおよびRAは、TMZF（登録商標）合金の報告されている典型的な特性を上回っていると認められる。
従って、本開示の一つの側面は、ASTM F 2066-01に明示された０.２０重量パーセントの最大酸素含有量よりも多い酸素を含む特定の改質されたTi-15Mo合金を対象とする。本開示の新規な合金の特定の態様は、ここで論じているように、この新規な合金が０.２０重量パーセントを超える酸素を含むことを除いて、UNS R58150および／またはASTM F 2066-01の要件の全てを満たすことができる。上で論じたように、ここで説明している合金に０.２０重量パーセントを超える酸素を与えることにより、医療用、外科用およびその他の用途に重要な合金の特定の機械的特性が改善されると考えられる。そのような機械的特性としては、例えばYS、UTSおよび繰返し疲労特性があり、このとき（伸びと絞りの値によって証明されたように）延性と弾性率は著しくはそこなわれない。
本開示に従う合金の態様は生物医学用途（すなわち医療用および／または外科用）に有利に適用することができて、そのようなものとしては例えば、部分的および全体的な関節交換手術、外傷のケースにおける骨折部位の固定、心臓血管手術、修復および再建歯科手術、脊柱結合および脊柱盤交換手術がある。可能性のある外科移植用器具および部品であって、本開示に記載された合金の態様を用いることのできるものの特定の非限定的な例としては、部分的および全体的な腰部と膝関節の代替部品、骨髄間ロッド、骨折板、脊柱固定部品および脊柱盤代替品、スクリュー付き外傷用プレート、ワイヤおよびケーブル、スクリュー付き留め具、固定具付きの爪、歯科用鋳造品および移植片、歯列矯正用アーチワイヤおよび固定具、心臓弁用リングおよび部品、輪郭台座およびプレート台座、工具および器具、および多方面の留め具および金物類がある。
さらに、本開示に従う合金の態様は特定の非生物医学用途、例えば次の用途のうちの１以上のものにおいて用いられる器具および部品に有利に適用することができる：すなわち、航空宇宙用途、自動車用途、原子核用途、発電用途、宝石類および化学的な加工処理の用途である。可能性のある非外科用器具および部品であって、ここに記載された合金の態様を用いることのできるものの特定の非限定的な例としては、自動車用トーションバー、航空宇宙用の留め具、軍事用および商業用航空機のための耐食性の薄いシート材、高性能なレース用およびオートバイ用のスプリング、および耐食性の化学的な加工処理用の管および留め具がある。
当業者であれば、当分野の範囲内の知識によって本開示に従う合金から上記の製造物品を組立てることができるであろう。従って、そのような物品の製造手順についてのさらなる説明はここでは不要である。
本開示に従う合金のための可能性のある用途についての上述の例は例示の目的だけのために提示したものであり、本合金が適用されうる全ての用途を余す所なく記述したものではない。当業者であれば、本開示を読むことによって、ここに記述した合金のさらなる用途を容易に見極めることができる。また、当業者であれば、当分野の範囲内の知識によって本開示に従う合金から上記の製造物品を組立てることができるであろう。従って、そのような物品の可能性のある製造手順についてのさらなる説明はここでは不要である。
上の説明においては必然的に限られた数の態様だけを提示したが、当業者であれば、ここで説明しそして例示した例の装置と方法およびその他の詳細における様々な変更が当業者によってなされ得ることを認識することができて、そのような修正の全てが、ここで示した本開示および添付した特許請求の範囲の原理と範囲に含まれるであろう。また、当業者であれば、本発明の広い概念から逸脱することなく上の実施態様に変更をなし得ることを認識するであろう。従って、本発明は開示された特定の態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって画定される通りの発明の原理と範囲の中での修正に及ぶことが意図されていることが理解されよう。
Claims (16)
- ０．０５質量％以下の窒素、０．１０質量％以下の炭素、０．０１５質量％以下の水素、０．１０質量％以下の鉄、０．２０を超え１．０質量％以下の酸素、１４．００〜１６．００質量％のモリブデン、残部チタン、および不可避不純物からなる準安定βチタン合金。
- 少なくとも８３．５４質量％のチタンを含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- ０．７質量％以下の酸素を含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- ０．５質量％以下の酸素を含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- ０．２５質量％を超える酸素を含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- ０．２５〜１．０質量％の酸素を含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- ０．２５〜０．７質量％の酸素を含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- ０．２５〜０．５質量％の酸素を含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- ０．２５〜１．０質量％の酸素および少なくとも８３．５４質量％のチタンを含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- ０．２５〜０．７質量％の酸素および少なくとも８３．５４質量％のチタンを含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- ０．２５〜０．５質量％の酸素および少なくとも８３．５４質量％のチタンを含む、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- 酸素の含有量だけを除いて、合金がＵＮＳ Ｒ５８１５０の組成を有する、請求項１に記載の準安定βチタン合金。
- 請求項１に記載した組成を有する準安定βチタン合金を含む製造物品。
- 物品が、部分的および全体的な関節交換手術、外傷のケースにおける骨折部位の固定、心臓血管手術、修復および再建歯科手術、脊柱結合手術および脊柱盤交換手術から選択される少なくとも一つの用途において有用な器具、部品および要素の物品のうちの一つである、請求項１３に記載の製造物品。
- 物品は、以下に挙げる生物医学要素および部品、すなわち、部分的および全体的な腰部と膝関節の代替のための部品、骨髄間ロッド、骨折板、脊柱固定用代替部品、脊柱盤代替部品、外傷用スクリュー、外傷用プレート、ワイヤ、ケーブル、留め具、スクリュー、爪、固定具、歯科用鋳造品、歯科用移植片、歯列矯正用アーチワイヤ、歯列矯正用固定具、心臓弁用リング、心臓弁用部品、輪郭台座およびプレート台座、工具、器具、留め具および金物類から選択される、請求項１３に記載の製造物品。
- 物品は、以下に挙げる要素および部品、すなわち、自動車用トーションバー、航空宇宙用の留め具、軍事用および商業用航空機のための耐食性の薄いシート材、高性能なレース用およびオートバイ用のスプリング、および耐食性の化学的な加工処理用の管および留め具から選択される、請求項１３に記載の製造物品。
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