JP5633767B2 - Low elastic titanium alloy - Google Patents

Low elastic titanium alloy Download PDF

Info

Publication number
JP5633767B2
JP5633767B2 JP2014100366A JP2014100366A JP5633767B2 JP 5633767 B2 JP5633767 B2 JP 5633767B2 JP 2014100366 A JP2014100366 A JP 2014100366A JP 2014100366 A JP2014100366 A JP 2014100366A JP 5633767 B2 JP5633767 B2 JP 5633767B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
titanium alloy
mass
alloy
range
modulus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014100366A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014194083A (en
Inventor
洋之介 村山
洋之介 村山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NIIGATA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Original Assignee
NIIGATA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NIIGATA INSTITUTE OF TECHNOLOGY filed Critical NIIGATA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Priority to JP2014100366A priority Critical patent/JP5633767B2/en
Publication of JP2014194083A publication Critical patent/JP2014194083A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5633767B2 publication Critical patent/JP5633767B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)

Description

本発明は、人工骨や人工歯根といったインプラント材料として、生体為害性がなく、資源豊富な金属元素からなり、かつ、ヤング率の極めて小さい低弾性チタン合金に関するものである。   The present invention relates to a low-elasticity titanium alloy that is not harmful to living organisms, is composed of abundant metal elements, and has an extremely small Young's modulus as an implant material such as an artificial bone or an artificial tooth root.

高齢化社会の到来と医療の発達に伴い、人工骨や人工歯根といったインプラント材料の需要が今後さらに増加するものと予測されている。   With the arrival of an aging society and the development of medical treatment, it is predicted that the demand for implant materials such as artificial bones and artificial tooth roots will increase further in the future.

チタンは、耐食性に優れ、軽くて強度が高く、しかもアレルギーを引き起こさないなど生体適応性が良好である。このような点から、チタンおよびチタン合金は、従来の耐食用機械部品や航空機部品のような用途に加えて、肌に直接触れる装身具や人工骨、インプラント材料などの医療用具にもその用途が拡大されつつある。   Titanium has excellent corrosion resistance, is light and high in strength, and has good biocompatibility such as not causing allergies. From this point of view, titanium and titanium alloys are used for medical devices such as accessories, artificial bones, and implant materials that directly touch the skin, in addition to applications such as conventional corrosion-resistant machine parts and aircraft parts. It is being done.

チタン合金は、その室温における金属組織を構成する相の結晶構造からα(稠密六方晶:hcp)型、β(体心立方晶:bcc)型、およびα+β型に大別される。工業用純チタンやAlなどを少量添加した合金はα型であり、高強度合金としてよく知られ航空機などに使用されるTi−6mass%Al−4mass%V合金はα+β型であり、このα+β型よりさらにβ相を安定させる元素(β安定化元素)を増加した合金がβ型である。   Titanium alloys are roughly classified into α (dense hexagonal crystal: hcp) type, β (body-centered cubic crystal: bcc) type, and α + β type from the crystal structure of the phase constituting the metal structure at room temperature. An alloy to which a small amount of industrial pure titanium or Al is added is α type, and Ti-6 mass% Al-4 mass% V alloy, which is well known as a high-strength alloy and used for aircraft, is α + β type, and this α + β type An alloy that further increases the element that stabilizes the β phase (β stabilizing element) is the β type.

このうちβ型チタン合金は、高い伸びと、優れた冷間加工性を有するとともに、組成によっては低弾性を示す等の理由からインプラント材料として有望な材料として考えられている(非特許文献1を参照)。従来の生体用のβ型チタン合金には、Tiと開放型β安定化元素(Nb、Ta、V、Mo、W等)とを主成分としたチタン合金が提案されている(特許文献1及び2を参照)。しかしながら、NbやTa等の開放型β安定化元素は、高価であると共に資源量も少ない金属元素であり、廉価な量産向きのインプラント材料には適用が困難な材料になっている。例えば、特許文献1のチタン合金では、上記Nb及びTaを合計で20mass%〜60mass%含ませる必要がある。また、特許文献2では、主成分のNbを25mass%〜40mass%(例示された試験結果では35mass%)程度含ませる必要がある。   Among these, the β-type titanium alloy is considered as a promising material as an implant material because it has high elongation, excellent cold workability, and low elasticity depending on the composition (see Non-Patent Document 1). reference). As conventional β-type titanium alloys for living bodies, titanium alloys mainly composed of Ti and an open type β-stabilizing element (Nb, Ta, V, Mo, W, etc.) have been proposed (Patent Document 1 and 2). However, open β-stabilizing elements such as Nb and Ta are metal elements that are expensive and have a small amount of resources, and are difficult to apply to inexpensive implant materials for mass production. For example, in the titanium alloy of Patent Document 1, it is necessary to include the Nb and Ta in a total of 20 mass% to 60 mass%. Moreover, in patent document 2, it is necessary to contain about 25 mass%-40 mass% (in the illustrated test result, 35 mass%) of Nb of the main component.

また、インプラント材料へチタン合金を適応させるには、力学物性、特に低い弾性率、を備えている必要がある。これは、人骨のヤング率が10〜30GPaであるのに対し、金属の中でも弾性率が低いとされている純Tiのヤング率は約110GPaであり、このように骨との弾性率が大きく異なると、人骨とインプラント材料との界面に発生する弾性ひずみに起因して骨が破壊したり、インプラント材料のみに負荷をかけた場合には、骨が十分に機能しないために骨吸収が起こったりするといった恐れがある。   In order to adapt the titanium alloy to the implant material, it is necessary to have mechanical properties, particularly a low elastic modulus. This is because the Young's modulus of human bone is 10 to 30 GPa, whereas the Young's modulus of pure Ti, which is considered to have a low elastic modulus among metals, is about 110 GPa. Thus, the elastic modulus of bone is greatly different. In addition, when bone is broken due to elastic strain generated at the interface between human bone and implant material, or when only the implant material is loaded, bone resorption occurs because the bone does not function sufficiently There is a fear.

加えて、インプラント材料は、長期にわたって生体内で安定的に使用可能な接着性(例えば骨との接着性)と、生体組織が治療・修復された後に容易に摘出・回収可能な剥離性との、相反する特性を適宜発揮することが望まれている。Tiは生体への適応性は高いが、骨との接着性が強く、この点から弊害が指摘される場合もある。これに対し、Ti同様生体為害性のないZrは生体への接着性は弱いとされており、Tiの一部をZrで代替えすることによって、適度な接着性を備えたインプラント材料となる可能性があり、そのようなインプラント材料もまた求められている。   In addition, the implant material has an adhesive property that can be stably used in vivo over a long period of time (for example, an adhesive property to bone) and an exfoliation property that can be easily removed and recovered after the biological tissue is treated and repaired. Therefore, it is desired to appropriately exhibit contradictory characteristics. Ti is highly adaptable to living bodies, but has strong adhesiveness to bones, and there are cases in which adverse effects are pointed out. On the other hand, Zr, which is not harmful to living organisms like Ti, is said to have poor adhesion to living organisms, and by replacing part of Ti with Zr, there is a possibility of becoming an implant material with moderate adhesiveness. There is also a need for such implant materials.

治療を受ける患者の体型や症例、あるいは適用部位によって、インプラント材料の弾性率(さらには強度および接着性)の最適範囲は異なってくるものであり、いわゆるカスタムメイドなインプラント材料が求められている。従って、(1)低弾性合金、(2)人体への安全性、(3)廉価で資源量豊富、(4)適度な強度と接着性、の全ての機能を満足する元素および組成で構成されたチタン合金であることが望ましい。   The optimal range of the elastic modulus (and further strength and adhesiveness) of the implant material varies depending on the body type, case, or application site of the patient to be treated, and so-called custom-made implant materials are required. Therefore, it is composed of elements and compositions that satisfy all the functions of (1) low-elasticity alloy, (2) safety to the human body, (3) inexpensive and abundant resources, and (4) moderate strength and adhesion. A titanium alloy is desirable.

そこで、本発明者は、β安定化元素に開放型β安定化元素を用いずに廉価で資源量も多い共析型β安定化元素であるCrに着目し、Sn等を添加したTi−Cr系のチタン合金の研究を進めてきた。そして非特許文献2に開示されているように、Ti−Cr系のチタン合金でも、Ti−Nb系と同様に準安定β相が低弾性を示すこと等を明らかにしてきた。   Therefore, the present inventor paid attention to Cr, which is a eutectoid β-stabilizing element that is inexpensive and has a large amount of resources without using an open β-stabilizing element as a β-stabilizing element, and Ti—Cr added with Sn or the like. We have been researching titanium alloys. As disclosed in Non-Patent Document 2, it has been clarified that a metastable β phase exhibits low elasticity even in a Ti—Cr titanium alloy as in the case of a Ti—Nb system.

特開平10−219375号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-219375 特開2006−274319号公報JP 2006-274319 A

エックス・タン(X.TANG),(ティー・アーメッド)T.AHMED,(エイチ・ジェイ・ラック)H.J.RACK,「Ti−Nb−Ta合金及びTi−Nb−Ta−Zr合金の相変態」(Phase transformations in Ti−Nb−Ta and Ti−Nb−Ta−Zr alloys),ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイエンス(JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE),クリューワー・アカデミック・パブリッシャーズ(Kluwer Academic Publishers),35(2000),p.1805−1811X. TANG, (Tea Ahmed) AHMED, H.J. J. et al. RACK, "Phase transformations in Ti-Nb-Ta and Ti-Nb-Ta-Zr alloys", Journal of Materials Science (JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE), Kluwer Academic Publishers, 35 (2000), p. 1805-1811 村山 洋之介(Y.Murayama) 他5名、「Ti−Cr系合金の力学物性と相安定性」(Mechanical Properties and Phase Stability of Ti−Cr System Alloys)、ティー・エム・エス(TMS: The Minerals,Metals & Materials Society)、2009年2月、第3巻、p.263−270Yonosuke Murayama (Y. Murayama) and 5 others, “Mechanical Properties and Phase Stability of Ti-Cr System Alloys”, TMS: TMS Metals & Materials Society), February 2009, Volume 3, pages 263-270.

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、生体への毒性が無くかつ廉価で資源豊富な金属元素からなり、インプラント材料としての強度も十分あり、かつ、低弾性な人骨に近いヤング率を有した低弾性チタン合金を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and is made of a cheap and resource-rich metal element that is not toxic to the living body, has sufficient strength as an implant material, and is close to a low elasticity human bone. An object is to provide a low-elasticity titanium alloy having a Young's modulus.

また、本発明は、上記低弾性チタン合金においてヤング率が極小となる最適な金属組成や組成範囲を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide an optimal metal composition and composition range in which the Young's modulus is minimized in the low elastic titanium alloy.

また、本発明は、接着性を考慮し、Tiの一部をZrで高組成範囲まで代替えした低弾性インプラント材料、あるいは治療デバイスを提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a low-elasticity implant material or a treatment device in which a part of Ti is replaced with Zr to a high composition range in consideration of adhesiveness.

本発明のチタン合金は、Ti−Cr−Sn三元系合金、Ti−Cr−Sn−Zr四元系合金、またはTi−Cr−Al三元系合金であり、ヤング率が70GPa未満の低弾性となるために具体的には以下の合金組成を有するものである。   The titanium alloy of the present invention is a Ti—Cr—Sn ternary alloy, a Ti—Cr—Sn—Zr quaternary alloy, or a Ti—Cr—Al ternary alloy, and has a low elasticity with a Young's modulus of less than 70 GPa. Specifically, it has the following alloy composition.

(本発明の形態1:Ti−Cr−Sn系合金の好適な合金組成)
1.質量%で、Crを4.0%以上7.0%以下、Snを2.0%以上10.0%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
2.質量%で、Crを2.0%以上4.0%未満、Snを5.0%以上10.0%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
3.質量%で、Crを7.0%より大きく9.0%以下、Snを5.0%以上10.0%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
(Embodiment 1: Preferred alloy composition of Ti—Cr—Sn alloy)
1. A titanium alloy containing, in mass%, Cr in a range of 4.0% to 7.0%, Sn in a range of 2.0% to 10.0%, and the balance being Ti and inevitable impurities.
2. A titanium alloy containing, in mass%, Cr in a range of 2.0% to less than 4.0%, Sn in a range of 5.0% to 10.0%, and the balance being Ti and inevitable impurities.
3. A titanium alloy containing, in mass%, Cr in a range greater than 7.0% and 9.0% or less, Sn in a range of 5.0% to 10.0%, and the balance being Ti and inevitable impurities.

(本発明の形態2:Ti−Cr−Sn−Zr系合金の好適な合金組成)
4.質量%で、Crを4.0%以上7.0%以下、Snを5.0%以上10.0%以下、Zrを40%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
5.質量%で、Crを3.0%以上4.0%未満、Snを5.0%以上10.0%以下、Zrを5.0%より大きく40%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
6.質量%で、Crを1.0%以上3.0%未満、Snを5.0%以上10.0%以下、Zrを25%以上40%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
7.質量%で、Crを7.0%より大きく9.0%以下、Snを5.0%以上10.0%以下、Zrを25%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
(Embodiment 2: Preferred alloy composition of Ti—Cr—Sn—Zr alloy)
4). In mass%, Cr is contained in the range of 4.0% to 7.0%, Sn is 5.0% to 10.0%, Zr is 40% or less, and the balance is from Ti and inevitable impurities. Titanium alloy.
5. In mass%, Cr is contained in a range of 3.0% to less than 4.0%, Sn is contained in a range of 5.0% to 10.0%, Zr is greater than 5.0% and 40% or less, and the balance is Titanium alloy consisting of Ti and inevitable impurities.
6). Containing Cr in a range of 1.0% to less than 3.0%, Sn in a range of 5.0% to 10.0%, Zr in a range of 25% to 40%, the balance being Ti and inevitable Titanium alloy consisting of mechanical impurities.
7). In mass%, Cr is contained in a range of greater than 7.0% to 9.0% or less, Sn from 5.0% to 10.0%, Zr to 25% or less, the balance being Ti and inevitable impurities Titanium alloy consisting of

(本発明の形態3:Ti−Cr−Al系合金の好適な合金組成)
8.質量%で、Crを7.0%以上12%以下、Alを2%以上7%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
(Embodiment 3: Preferred alloy composition of Ti—Cr—Al alloy)
8). A titanium alloy containing, in mass%, Cr in a range of 7.0% to 12%, Al in a range of 2% to 7%, with the balance being Ti and inevitable impurities.

本発明の上記形態1又は3によれば、元素がTi−Cr−Sn又はTi−Cr−Alで構成されているため、Ti−Nb系のチタン合金と比較すると、構成元素が生体への毒性を持たないということのみならず、廉価でかつ資源埋蔵量の豊富な金属元素(Snはやや低いがそれでもNbの約2倍)からなる低弾性チタン合金を提供することができる。また、β安定化元素であるCrの添加量は、先述のTi−Nb系のチタン合金におけるNbの添加量に比べて、大幅に少量で済ますことができる。   According to the first aspect or the third aspect of the present invention, since the element is composed of Ti—Cr—Sn or Ti—Cr—Al, the constituent element is toxic to the living body as compared with the Ti—Nb titanium alloy. It is possible to provide a low-elasticity titanium alloy made of a metal element (Sn is slightly lower but still about twice Nb) that is inexpensive and has abundant resource reserves. Also, the amount of Cr, which is a β-stabilizing element, can be significantly smaller than the amount of Nb added in the Ti—Nb-based titanium alloy described above.

本発明の上記形態2によれば、元素がTi−Cr−Sn−Zrで構成されているため、Ti−Nb系のチタン合金と比較すると、構成元素が生体への毒性を持たないということのみならず、資源埋蔵量の豊富な金属元素からなる低弾性の合金を提供することができる。なお、Zrは必ずしも廉価とは言えないが、本発明ではZr元素の添加量は少なくもできるため、Ti−Nb系に比べ廉価であるといえる。   According to the second aspect of the present invention, since the element is composed of Ti—Cr—Sn—Zr, only that the constituent element has no toxicity to the living body as compared with the Ti—Nb titanium alloy. In addition, it is possible to provide a low-elasticity alloy composed of metal elements rich in resource reserves. Although Zr is not necessarily inexpensive, it can be said that it is less expensive than the Ti—Nb system because the amount of Zr element added can be reduced in the present invention.

本発明によれば、弾性率が極小となる最適な金属組成や組成範囲を備えたチタン合金を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the titanium alloy provided with the optimal metal composition and composition range from which an elastic modulus becomes the minimum can be provided.

さらに、本発明の上記形態2によれば、本発明のTi−Cr−Sn−Zrで構成されたチタン合金において、Ti及びCrは骨組織への接着性の良い元素とされており、Zrは接着性の低い元素とされている。これらの元素の組成量を適宜制御することにより適度な接着性を持った合金を得る可能性があり、体型や症例および適用部位にあったカスタムメイドな治療デバイスやインプラント材料を提供することができる。これらの低弾性合金においては、Zr添加量を多量(10mass%以上)に含ませることもでき、例えばZrを40mass%程度含んでいても、十分に低いヤング率を保持することができる。   Furthermore, according to the second aspect of the present invention, in the titanium alloy composed of Ti—Cr—Sn—Zr of the present invention, Ti and Cr are elements having good adhesion to bone tissue, and Zr is It is considered an element with low adhesion. By appropriately controlling the composition amount of these elements, there is a possibility of obtaining an alloy having appropriate adhesiveness, and it is possible to provide a custom-made treatment device or implant material suitable for the body shape, case and application site. . In these low elastic alloys, the Zr addition amount can be included in a large amount (10 mass% or more). For example, even if Zr is included in an amount of about 40 mass%, a sufficiently low Young's modulus can be maintained.

Ti−Cr−Snのチタン合金において、図1(a)はCr添加量及びSn添加量がヤング率に与える影響を示した図であり、図1(b)はCr添加量及びSn添加量がヤング率に与える影響をTi−Cr−Sn三元系の組成図上に示した図である。In the Ti—Cr—Sn titanium alloy, FIG. 1 (a) is a diagram showing the influence of the Cr addition amount and the Sn addition amount on the Young's modulus, and FIG. 1 (b) shows the Cr addition amount and the Sn addition amount. It is the figure which showed on the composition figure of Ti-Cr-Sn ternary system the influence which has on Young's modulus. Ti−Cr−Snチタン合金β相の(110)面に垂直に電子線を透過させたときの、透過型電子顕微鏡(TEM)によるディフラクションパターンと、それに対応する模式図とを示した図である。It is the figure which showed the diffraction pattern by a transmission electron microscope (TEM) when an electron beam permeate | transmits perpendicularly | vertically to the (110) plane of a Ti-Cr-Sn titanium alloy beta phase, and the schematic diagram corresponding to it. is there. Ti−Cr−6mass%Sn−Zrチタン合金において、図3(a)は、Cr添加量及びZr添加量がヤング率に与える影響を示した図であり、図3(b)は、Cr添加量及びZr添加量がヤング率に与える影響をTi−Cr−Zr三元系の組成図上(6mass%Sn固定)に示した図である。In the Ti—Cr-6 mass% Sn—Zr titanium alloy, FIG. 3 (a) is a diagram showing the influence of the Cr addition amount and the Zr addition amount on the Young's modulus, and FIG. 3 (b) shows the Cr addition amount. It is the figure which showed the influence which Zr addition amount has on Young's modulus on the composition figure (6 mass% Sn fixed) of a Ti-Cr-Zr ternary system. Ti−Cr−Alチタン合金において、Cr添加量及びAl添加量がヤング率に与える影響を示した図である。It is the figure which showed the influence which Cr addition amount and Al addition amount have on Young's modulus in a Ti-Cr-Al titanium alloy.

次に、本発明に係るチタン合金の組成及び組織制御の理由及びその製造方法について具体的に説明する。なお、本明細書では、合金組成は特にことわりがない限り、「mass%」、つまり「質量%」で表示するものとする。また、図、表中において、例えば、Ti−8Cr−6Sn−10Zrと表記された場合には、Ti、Cr、Sn、及びZrが含有されたチタン合金であり、Cr含有量が8質量%、Sn含有量が6質量%、Zr含有量が10質量%、残りがTi及び不可避的不純物の含有量であることを示す。   Next, the composition of the titanium alloy according to the present invention, the reason for the structure control, and the production method thereof will be specifically described. In this specification, the alloy composition is expressed as “mass%”, that is, “mass%” unless otherwise specified. Further, in the figures and tables, for example, when expressed as Ti-8Cr-6Sn-10Zr, it is a titanium alloy containing Ti, Cr, Sn, and Zr, and the Cr content is 8% by mass, The Sn content is 6% by mass, the Zr content is 10% by mass, and the remainder is the content of Ti and inevitable impurities.

本発明に係るチタン合金は、添加されるCr量によって準安定β相の等軸組織又はマルテンサイト組織を有する。なお、チタンの結晶構造は温度によって変わり、高温では体心立方晶と呼ばれる結晶構造になる。このチタンの体心立方晶はβ相とも呼ばれ、上述の通りβ相だけからなるチタンをβ型チタン合金と呼ぶ。純チタンに一定量以上のβ安定化元素を添加し、高温から急冷することによって、室温でもβ相だけからなる合金となる。このようなβ型チタン合金は本来室温では存在し得ないことから、準安定βチタン合金と呼ばれる。   The titanium alloy according to the present invention has a metastable β phase equiaxed structure or martensitic structure depending on the amount of Cr added. The crystal structure of titanium varies depending on the temperature, and becomes a crystal structure called body-centered cubic at high temperatures. This body-centered cubic crystal of titanium is also called a β phase, and as described above, titanium consisting only of the β phase is called a β-type titanium alloy. By adding a certain amount or more of a β-stabilizing element to pure titanium and quenching from a high temperature, an alloy consisting of only the β phase is obtained even at room temperature. Such a β-type titanium alloy cannot be present at room temperature, so it is called a metastable β-titanium alloy.

また、β安定化元素量が一定量に達しない場合は、高温からの急冷によってマルテンサイト組織が得られる。すなわち、β安定化元素の量によって、マルテンサイト変態温度は変化し、マルテンサイト変態温度が室温近傍となる組成前後の組成で、合金の組織はマルテンサイト組織から準安定β相組織へと移行する。   Further, when the amount of β-stabilizing element does not reach a certain amount, a martensitic structure can be obtained by rapid cooling from a high temperature. In other words, the martensitic transformation temperature changes depending on the amount of β-stabilizing element, and the composition of the alloy changes from a martensitic structure to a metastable β-phase structure with a composition before and after the composition at which the martensitic transformation temperature is near room temperature. .

本発明のチタン合金では、Ti−Cr−Sn三元系合金およびTi−Cr−Al三元系合金では、Cr添加量8mass%未満のものはすべてマルテンサイト組織を示し、Cr添加量8mass%以上のものは準安定β相組織であった。すなわち、マルテンサイト組織から準安定β相組織への移行組成近傍組成で極めて低いヤング率を示す合金が得られた。   In the titanium alloy of the present invention, in the Ti—Cr—Sn ternary alloy and Ti—Cr—Al ternary alloy, those with a Cr addition amount of less than 8 mass% all show a martensite structure, and the Cr addition amount is 8 mass% or more. Was a metastable β-phase structure. That is, an alloy having a very low Young's modulus with a composition near the transition composition from the martensite structure to the metastable β-phase structure was obtained.

Ti−Cr−Sn−Zr四元系合金では、Cr添加量8mass%以上のものはすべて準安定β相組織であったが、Cr添加量8mass%未満のものは、Zr添加量によって異なり、Zr添加量が多くなるとマルテンサイト組織から準安定β相組織へと移行する。Ti−Cr−Sn−Zr四元系合金においても、マルテンサイト組織から準安定β相組織への移行組成の近傍で極めて低いヤング率を示す合金が得られた。   In the Ti—Cr—Sn—Zr quaternary alloy, all of the Cr addition amount of 8 mass% or more had a metastable β-phase structure, but the Cr addition amount of less than 8 mass% depends on the Zr addition amount. When the addition amount increases, the martensite structure shifts to a metastable β phase structure. Also in the Ti—Cr—Sn—Zr quaternary alloy, an alloy having an extremely low Young's modulus was obtained in the vicinity of the transition composition from the martensite structure to the metastable β-phase structure.

本発明に係るチタン合金は、β安定化元素として通常含まれる開放型β安定化元素(Nb、V、Ta、W)を含有せず、Cr及びSn(又はAl)を含有する。また、本発明に係るチタン合金は、さらにZrを含有してもよい。   The titanium alloy according to the present invention does not contain an open β-stabilizing element (Nb, V, Ta, W) that is usually included as a β-stabilizing element, but contains Cr and Sn (or Al). Moreover, the titanium alloy according to the present invention may further contain Zr.

ここでCrは、共析型β安定化元素と呼ばれるもので、Tiと金属間化合物を形成する。なお、上記先行技術においてチタン合金の主成分として利用された開放型β安定化元素は、Tiと金属間化合物を形成しない点で相異する。共析型β安定化元素は、高温相からの急冷によって準安定β相を得る上で、開放型β安定化元素に比べると、はるかに少ない合金添加量でβ相を得ることができるようになる。   Here, Cr is called a eutectoid β-stabilizing element, and forms an intermetallic compound with Ti. Note that the open β-stabilizing element used as the main component of the titanium alloy in the above prior art is different in that it does not form an intermetallic compound with Ti. The eutectoid β-stabilizing element can obtain a metastable β-phase by rapid cooling from a high-temperature phase, and can obtain a β-phase with a much smaller amount of alloy addition than an open-type β-stabilizing element. Become.

また、Tiにβ安定化元素を添加すると次第にマルテンサイト温度は低下するが、先に述べたように、マルテンサイト変態温度が室温近傍になるとβ単相材が得られるようになる。例えば、マルテンサイト変態開始温度が200℃となる組成を比較してみると、開放型β安定化元素であるV、Nb、Ta、Mo、Wなどはそれぞれ、Tiに対して、14mass%、33.3mass%、47.2mass%、12.6mass%の添加量が必要であるのに対し、共析型β安定化元素であるCrおよびFeは、6.5mass%、3.8mass%の添加量で済む。すなわち、共析型β安定化元素の方が、β安定化元素としての能力は高く、少ない添加量で同じ効果を生むともいえる。   Further, when a β-stabilizing element is added to Ti, the martensite temperature gradually decreases. However, as described above, when the martensite transformation temperature is close to room temperature, a β single-phase material can be obtained. For example, when comparing compositions having a martensite transformation start temperature of 200 ° C., the open β-stabilizing elements V, Nb, Ta, Mo, W, etc. are 14 mass%, 33 Addition amounts of 0.3 mass%, 47.2 mass%, and 12.6 mass% are necessary, whereas Cr and Fe as eutectoid β-stabilizing elements are added in amounts of 6.5 mass% and 3.8 mass%. Just do it. That is, it can be said that the eutectoid β-stabilizing element has a higher ability as a β-stabilizing element and produces the same effect with a small addition amount.

なお、Crは、NbやTaと同様に生体に対して毒性が無いだけでなく、非常に廉価で資源埋蔵量の豊富な金属元素である。   Note that Cr is not only toxic to living organisms like Nb and Ta, but is also a very inexpensive and abundant resource reserve.

Sn、Al、Zrも生体に対する毒性がないとされているが、上述のCrなどの元素と共に含有させることにより、ω相の生成を抑制し、弾性率のより一層の低下をもたらすことが期待される。なお、ω相とは、β安定化元素をある組成範囲で添加したチタン合金を高温から急冷する際に生成される硬くて脆い金属間化合物のことをいい、このω相の生成により弾性率は上昇する。   Sn, Al, and Zr are also said to be non-toxic to living organisms, but inclusion with elements such as Cr described above is expected to suppress the formation of the ω phase and further reduce the elastic modulus. The The ω phase is a hard and brittle intermetallic compound that is produced when a titanium alloy to which a β-stabilizing element is added in a certain composition range is rapidly cooled from a high temperature. To rise.

本発明のチタン合金の製造は、チタン合金分野にて通常用いられる非消耗電極式または消耗電極式の真空またはアルゴンアーク溶解法、電子ビーム溶解法、プラズマ溶解法等を用いて行えばよい。得られた鋳塊は、熱間鍛造、熱間圧延等の一般的に用いられる方法で、所要形状に成形加工する。   The titanium alloy of the present invention may be produced using a non-consumable electrode type or a consumable electrode type vacuum or argon arc melting method, an electron beam melting method, a plasma melting method or the like that is usually used in the titanium alloy field. The obtained ingot is formed into a required shape by a generally used method such as hot forging or hot rolling.

本実施例では、低弾性の(1)Ti−Cr−Sn合金、(2)Ti−Cr−Sn−Zr合金、(3)Ti−Cr−Al合金の三種類の製造例を示す。供試合金組成及び試験結果(ヤング率及び引張強度)の詳細は表1から表3に記載する。ここで、表1は三元系チタン合金(Ti−Cr−Sn)の合金組成及び試験結果の詳細を示し、表2は四元系チタン合金(Ti−Cr−6Sn−Zr)の合金組成及び試験結果の詳細を示し、表3は別の三元系チタン合金(Ti−Cr−Al)の合金組成及び試験結果の詳細を示す。   In this example, three types of production examples of (1) Ti—Cr—Sn alloy, (2) Ti—Cr—Sn—Zr alloy, and (3) Ti—Cr—Al alloy having low elasticity are shown. Details of the match gold composition and test results (Young's modulus and tensile strength) are shown in Tables 1 to 3. Here, Table 1 shows the details of the alloy composition and test results of the ternary titanium alloy (Ti-Cr-Sn), and Table 2 shows the alloy composition of the quaternary titanium alloy (Ti-Cr-6Sn-Zr) and Details of the test results are shown, and Table 3 shows details of the alloy composition and test results of another ternary titanium alloy (Ti-Cr-Al).

なお、各表中には「判定」の欄を設けており、ヤング率の結果が70GPa以上である合金組成については「×」印を付し、「区分」の欄において「比較例」とした。一方、ヤング率の結果が60GPa以上70GPa未満である合金組成については「○」印を付し、ヤング率の結果が60GPa未満である合金組成については「◎」印を付し、これらの合金組成は「区分」の欄において「発明例」とした。   In each table, a “judgment” column is provided, and an alloy composition having a Young's modulus result of 70 GPa or more is marked with “x” and “comparative example” in the “category” column. . On the other hand, an alloy composition having a Young's modulus result of 60 GPa or more and less than 70 GPa is marked with “◯”, and an alloy composition with a Young's modulus result of less than 60 GPa is marked with “◎”. Is "invention example" in the "category" column.

供試合金の製造にあたっては、いずれも99%以上の純度の金属素材(Ti,Cr,Sn,Al,Zr)を、所望の組成となるように秤量し、タングステン電極を用いた非消耗式のアルゴンアーク溶解法によって約30グラムのボタンインゴットを作製した。このボタンインゴットを800℃にて約80%熱間圧延し、板厚1.5〜2mmの板とした。この板から、引張試験用の試験片を切り出し、この試験片を石英管中に真空封入し、真空中にて950℃まで加熱後、2時間保持し、その後、氷水中に投入して焼き入れを行った。このような熱処理を溶体化処理と呼ぶ。   In the production of match money, all are made of metal materials (Ti, Cr, Sn, Al, Zr) with a purity of 99% or more so that they have a desired composition and are non-consumable using tungsten electrodes. A button ingot of about 30 grams was prepared by an argon arc melting method. The button ingot was hot-rolled at 800 ° C. for about 80% to obtain a plate having a thickness of 1.5 to 2 mm. From this plate, a test piece for tensile test was cut out, this test piece was sealed in a quartz tube, heated to 950 ° C. in vacuum, held for 2 hours, and then put into ice water and quenched. Went. Such a heat treatment is called a solution treatment.

この溶体化処理材を用いて、引張試験を行い弾性率、引張強度、及び伸びを測定した。ヤング率は、引張試験片の表面にひずみゲージを貼り、二段階又は三段階の一定荷重時におけるひずみと応力との関係から算出した。このとき、あらかじめ測定した応力−ひずみ曲線から一定荷重時の応力が降伏強度を超えないように注意した。また、ヤング率の算出に当たっては、少なくとも一本の引張試験片に対し3回以上ひずみゲージを張り替えて行うとともに、二本以上の試験片を用いて測定を行うことで再現性を確認した。   Using this solution-treated material, a tensile test was performed to measure the elastic modulus, tensile strength, and elongation. The Young's modulus was calculated from the relationship between strain and stress at the time of constant load in two or three stages with a strain gauge attached to the surface of the tensile test piece. At this time, attention was paid so that the stress at a constant load did not exceed the yield strength from the stress-strain curve measured in advance. In calculating the Young's modulus, the strain gauge was replaced three times or more for at least one tensile test piece, and the reproducibility was confirmed by measuring using two or more test pieces.

評価結果を上記表1から表3及び図1から図4にまとめて示す。   The evaluation results are summarized in Tables 1 to 3 and FIGS.

Ti−Cr−Sn三元系チタン合金において、図1(a)はCr添加量及びSn添加量がヤング率に与える影響を示した図である。この図1(a)より、Sn添加量を増加させたチタン合金ほど、Crの添加範囲に亘って全般的にヤング率が低下することがわかる。また、Snが添加されたどのチタン合金においても、Cr添加量が3.5〜8mass%の範囲で最も小さく、5mass%Cr付近で極小点が存在していることがわかる。なお、Snの添加量を増加させると、ヤング率が顕著に低下していくことがわかる。これは、後述するようにSnの添加がω相の生成を効果的に抑制しているからである。   In the Ti—Cr—Sn ternary titanium alloy, FIG. 1A is a diagram showing the influence of the Cr addition amount and the Sn addition amount on the Young's modulus. From FIG. 1 (a), it can be understood that the Young's modulus generally decreases as the amount of Sn added increases as the amount of Sn increases. Further, it can be seen that in any titanium alloy to which Sn is added, the Cr addition amount is the smallest in the range of 3.5 to 8 mass%, and there is a minimum point in the vicinity of 5 mass% Cr. It can be seen that the Young's modulus decreases significantly as the amount of Sn added is increased. This is because the addition of Sn effectively suppresses the generation of the ω phase, as will be described later.

図1(b)はCr添加量及びSn添加量がヤング率に与える影響をTi−Cr−Sn三元系の組成図上に示した図である。この図1(b)は図1(a)で示した試験結果と同じデータを用いて示したものであり、Sn添加量が下辺の軸に示され、Cr添加量が左斜め辺の軸に示され、Cr添加量とSn添加量とを有するチタン合金のヤング率は、これらの軸上に付されたCr値とSn値との交点に示されている。このTi−Cr−Sn三元系の組成図上に示したヤング率の図により、質量%で、Crを5mass%前後(4mass%〜6mass%)、Snを3mass%以上9mass%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金を作製すれば、55GPa未満の極めて低いヤング率のチタン合金を得ることができることがわかる。   FIG. 1B is a diagram showing the influence of the Cr addition amount and the Sn addition amount on the Young's modulus on the composition diagram of the Ti—Cr—Sn ternary system. FIG. 1B shows the same data as the test results shown in FIG. 1A, with the Sn addition amount shown on the lower axis and the Cr addition amount on the left diagonal axis. The Young's modulus of the titanium alloy having the Cr addition amount and the Sn addition amount is shown at the intersection of the Cr value and the Sn value given on these axes. According to the Young's modulus diagram shown on the composition diagram of this Ti—Cr—Sn ternary system, the range in which Cr is about 5 mass% (4 mass% to 6 mass%) and Sn is 3 mass% to 9 mass% in mass%. It is understood that a titanium alloy having a very low Young's modulus of less than 55 GPa can be obtained by preparing a titanium alloy containing Ti and the balance of Ti and inevitable impurities.

図2は、Ti−Cr−Snチタン合金β相の(110)面に垂直に電子線を透過させたときの、透過型電子顕微鏡(TEM)によるディフラクションパターンと、それに対応する模式図とを示した図である。なお、TEMによるディフラクションパターンでは、結晶構造に応じたスポットのパターンを観察することができる。β相中にω相が混在した合金では、β相の(110)面に垂直に電子線を透過させると、図2中の夫々のTEM画像に部分的に挿入した模式図(対角線が付された入れ子状の二個の長方形)で示されるように、大きな長方形の各コーナーの位置にβ相の結晶に由来するスポット(外側の各コーナー点;図2中「βスポット」と表記)が、この大きな長方形の内側に存在する小さな長方形の各コーナーの位置にω相に由来するスポット(内側の各コーナー点;図2中「ωスポット」と表記)が現れる。このような模式図で示したスポットの相構成が、図2のディフラクションパターンにて整然と並んでいることがわかる。   FIG. 2 shows a diffraction pattern by a transmission electron microscope (TEM) when an electron beam is transmitted perpendicular to the (110) plane of the Ti—Cr—Sn titanium alloy β phase, and a corresponding schematic diagram. FIG. Note that a spot pattern corresponding to the crystal structure can be observed in the TEM diffraction pattern. In an alloy in which the ω phase is mixed in the β phase, when an electron beam is transmitted perpendicularly to the (110) plane of the β phase, a schematic diagram (diagonal lines are attached to each TEM image in FIG. 2). As shown by two nested rectangles), spots derived from β-phase crystals (each corner point on the outside; indicated as “β-spot” in FIG. 2) at each corner of the large rectangle Spots derived from the ω phase (inner corner points; expressed as “ω spots” in FIG. 2) appear at the positions of the corners of the small rectangle existing inside the large rectangle. It can be seen that the phase structure of the spots shown in the schematic diagram is regularly arranged in the diffraction pattern of FIG.

図2に示すディフラクションパターンの画像は左から、Ti−8Cr、Ti−8Cr−3Sn、Ti−8Cr−6Sn、及びTi−8Cr−9Snの4種類で、Sn量のみが零から9mass%まで変化している。これらの図を比較すると、ω相を示すωスポットの強度が、Sn添加量が増加するとともに弱くなっているのがわかる(Ti−8Cr−6Sn及びTi−8Cr−9Snの画像では、ωスポットを殆ど認識することはできない)。すなわち、ω相の生成するTi−Cr合金にSnを添加すると、ω相の生成が抑制されることがわかる。従って、チタン合金においてSn添加量をある程度大きくすることによって、ω相生成を抑制し、ひいては合金のヤング率を低下させることができることがわかる。   The image of the diffraction pattern shown in FIG. 2 is four types of Ti-8Cr, Ti-8Cr-3Sn, Ti-8Cr-6Sn, and Ti-8Cr-9Sn from the left, and only the Sn amount changes from zero to 9 mass%. doing. Comparing these figures, it can be seen that the intensity of the ω spot indicating the ω phase becomes weaker as the Sn addition amount increases (in the images of Ti-8Cr-6Sn and Ti-8Cr-9Sn, the ω spot is reduced). It can hardly be recognized). That is, it can be seen that when Sn is added to the Ti—Cr alloy generated by the ω phase, the generation of the ω phase is suppressed. Therefore, it can be seen that by increasing the Sn addition amount to some extent in the titanium alloy, the generation of the ω phase can be suppressed, and consequently the Young's modulus of the alloy can be reduced.

図3(a)は、Ti−Cr−6mass%Sn−Zrチタン合金において、Cr添加量及びZr添加量がヤング率に与える影響を示した図である。なお、図3(a)では、Cr及びZrの影響のみを評価したかったため、Sn添加量は一定量の6mass%に固定されている。すなわち、表2の弾性率の結果を主にプロットしている。   FIG. 3A is a diagram showing the influence of the Cr addition amount and the Zr addition amount on the Young's modulus in the Ti—Cr-6 mass% Sn—Zr titanium alloy. In FIG. 3A, since it was desired to evaluate only the influence of Cr and Zr, the Sn addition amount is fixed to a fixed amount of 6 mass%. That is, the elastic modulus results in Table 2 are mainly plotted.

この図3(a)において、Cr添加量が小さいチタン合金(2mass%Cr、図中では丸印)を用いた場合には、Zr添加量を増加させる程、ヤング率が急激に下降していくことがわかる。特にZr添加量を30mass%以上にするとヤング率は60GPa未満になることがわかる。Cr添加量が3.5mass%(図中では四角印)又は5mass%(図中では菱形印)の場合には、Zrの添加量全範囲に亘ってヤング率は45〜70GPaの範囲で増減を繰り返す。そして、Cr添加量が大きい合金(8mass%Cr、図中では三角印)では、逆にZr添加量を増加させるとヤング率が徐々に上昇することがわかる。例えばZr添加量が30mass%以上になるとヤング率は70GPa以上の値になってしまうため、Zr添加量を25mass%以下(さらに好適には20mass%以下)に設定することが好ましい。   In FIG. 3A, when a titanium alloy having a small Cr addition amount (2 mass% Cr, circled in the figure) is used, the Young's modulus decreases rapidly as the Zr addition amount is increased. I understand that. In particular, it can be seen that when the Zr addition amount is 30 mass% or more, the Young's modulus is less than 60 GPa. When the Cr addition amount is 3.5 mass% (square mark in the figure) or 5 mass% (diamond mark in the figure), the Young's modulus increases or decreases in the range of 45 to 70 GPa over the entire Zr addition amount range. repeat. Then, it can be seen that in an alloy having a large Cr addition amount (8 mass% Cr, a triangular mark in the figure), the Young's modulus gradually increases when the Zr addition amount is increased. For example, when the Zr addition amount is 30 mass% or more, the Young's modulus becomes a value of 70 GPa or more. Therefore, the Zr addition amount is preferably set to 25 mass% or less (more preferably 20 mass% or less).

図3(b)は、Ti−Cr−6mass%Sn−Zrチタン合金において、Cr添加量及びZr添加量がヤング率に与える影響を、Ti−Cr−Zr三元系の組成図上(6mass%Sn固定)に示した図である。図3(b)は図1(b)と同様な方法で描画されている。このTi−Cr−Zr三元系の組成図上に示したヤング率の図により、70GPa未満の低ヤング率のチタン合金を作製するためには、Crが2mass%前後の場合には、Zrを30mass%以上40mass%以下となる範囲で含有することが好ましいことがわかる。また、Crが3.5mass%前後の場合には、Zrを10mass%以上40mass%以下となる範囲で含有することが好ましい。また、Crが5.0mass%前後の場合には、Zrを40mass%以下となる範囲で含有することが好ましい。さらに、Crが8.0mass%前後の場合には、Zrを20mass%以下となる範囲で含有することが好ましいことがわかる。   FIG. 3B shows the effect of the Cr addition amount and the Zr addition amount on the Young's modulus in the Ti—Cr—6 mass% Sn—Zr titanium alloy on the composition diagram of the Ti—Cr—Zr ternary system (6 mass%). It is the figure shown to Sn fixation. FIG. 3B is drawn by the same method as FIG. According to the Young's modulus diagram shown on the composition diagram of this Ti-Cr-Zr ternary system, in order to produce a titanium alloy having a low Young's modulus of less than 70 GPa, when Cr is around 2 mass%, Zr is It can be seen that the content is preferably in the range of 30 mass% or more and 40 mass% or less. Moreover, when Cr is around 3.5 mass%, it is preferable to contain Zr in the range which becomes 10 mass% or more and 40 mass% or less. Moreover, when Cr is around 5.0 mass%, it is preferable to contain Zr in the range used as 40 mass% or less. Furthermore, when Cr is about 8.0 mass%, it turns out that it is preferable to contain Zr in the range used as 20 mass% or less.

図4は、Ti−Cr−Alチタン合金において、Cr添加量及びAl添加量がヤング率に与える影響を示した図である。この図4より、Al添加量が3mass%又は6mass%のチタン合金は、Cr添加量が8mass%付近で極小点が存在していることがわかる。なお、Alの添加量が著しく少ない場合(1.5mass%)と著しく多い場合(9.0mass%)には、ヤング率の低減効果が発揮されていないことがわかる。以上の結果より、Crが8mass%前後及び11mass%前後の場合には、Alを3mass%以上6%以下となる範囲で含有することが好ましい。   FIG. 4 is a diagram showing the influence of the Cr addition amount and the Al addition amount on the Young's modulus in the Ti—Cr—Al titanium alloy. As can be seen from FIG. 4, in the titanium alloy having an Al addition amount of 3 mass% or 6 mass%, a local minimum point exists when the Cr addition amount is around 8 mass%. In addition, when the addition amount of Al is remarkably small (1.5 mass%) and when remarkably large (9.0 mass%), it turns out that the reduction effect of Young's modulus is not exhibited. From the above results, when Cr is around 8 mass% and around 11 mass%, it is preferable to contain Al in a range of 3 mass% to 6%.

なお、強度の測定結果については表1から表3に示す通りであり、本発明のチタン合金の引張強度は約700〜約1100MPaの範囲であり、比較例の強度と同様に十分高い値を示している。   The measurement results of the strength are as shown in Tables 1 to 3, and the tensile strength of the titanium alloy of the present invention is in the range of about 700 to about 1100 MPa, and shows a sufficiently high value similarly to the strength of the comparative example. ing.

以上説明した表1から表3及び図1から図4より、本発明のチタン合金、Ti−Cr−Sn系合金、Ti−Cr−Sn−Zr系合金、またはTi−Cr−Al系合金は組成によりヤング率が70GPa未満となり、以下の合金組成からなるチタン合金が好ましいことがわかる。   From Tables 1 to 3 and FIGS. 1 to 4 described above, the titanium alloy, Ti—Cr—Sn alloy, Ti—Cr—Sn—Zr alloy, or Ti—Cr—Al alloy of the present invention has a composition. Thus, it can be seen that the Young's modulus is less than 70 GPa, and a titanium alloy having the following alloy composition is preferable.

(Ti−Cr−Sn系合金の好適な合金組成)
1.質量%で、Crを4.0%以上7.0%以下、Snを2.0%以上10.0%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
2.質量%で、Crを2.0%以上4.0%未満、Snを5.0%以上10.0%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
3.質量%で、Crを7.0%より大きく9.0%以下、Snを5.0%以上10.0%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
(Preferable alloy composition of Ti-Cr-Sn alloy)
1. A titanium alloy containing, in mass%, Cr in a range of 4.0% to 7.0%, Sn in a range of 2.0% to 10.0%, and the balance being Ti and inevitable impurities.
2. A titanium alloy containing, in mass%, Cr in a range of 2.0% to less than 4.0%, Sn in a range of 5.0% to 10.0%, and the balance being Ti and inevitable impurities.
3. A titanium alloy containing, in mass%, Cr in a range greater than 7.0% and 9.0% or less, Sn in a range of 5.0% to 10.0%, and the balance being Ti and inevitable impurities.

(Ti−Cr−Sn−Zr系合金の好適な合金組成)
4.質量%で、Crを4.0%以上7.0%以下、Snを5.0%以上10.0%以下、Zrを40%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
5.質量%で、Crを3.0%以上4.0%未満、Snを5.0%以上10.0%以下、Zrを5.0%より大きく40%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
6.質量%で、Crを1.0%以上3.0%未満、Snを5.0%以上10.0%以下、Zrを25%以上40%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
7.質量%で、Crを7.0%より大きく9.0%以下、Snを5.0%以上10.0%以下、Zrを25%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
(Preferable alloy composition of Ti—Cr—Sn—Zr alloy)
4). In mass%, Cr is contained in the range of 4.0% to 7.0%, Sn is 5.0% to 10.0%, Zr is 40% or less, and the balance is from Ti and inevitable impurities. Titanium alloy.
5. In mass%, Cr is contained in a range of 3.0% to less than 4.0%, Sn is contained in a range of 5.0% to 10.0%, Zr is greater than 5.0% and 40% or less, and the balance is Titanium alloy consisting of Ti and inevitable impurities.
6). Containing Cr in a range of 1.0% to less than 3.0%, Sn in a range of 5.0% to 10.0%, Zr in a range of 25% to 40%, the balance being Ti and inevitable Titanium alloy consisting of mechanical impurities.
7). In mass%, Cr is contained in a range of greater than 7.0% to 9.0% or less, Sn from 5.0% to 10.0%, Zr to 25% or less, the balance being Ti and inevitable impurities Titanium alloy consisting of

(Ti−Cr−Al系合金の好適な合金組成)
8.質量%で、Crを7.0%以上12%以下、Alを2%以上7%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなるチタン合金。
(Preferable alloy composition of Ti-Cr-Al alloy)
8). A titanium alloy containing, in mass%, Cr in a range of 7.0% to 12%, Al in a range of 2% to 7%, with the balance being Ti and inevitable impurities.

本発明の低弾性チタン合金は、生体への毒性が無く資源埋蔵量の豊富な金属元素から構成されるインプラント材料に採用可能な有望な合金材料であり、産業上の利用可能性を有する。特に、Ti−Cr−Sn三元系合金、Ti−Cr−Al三元系合金、Zr添加量の少ないTi−Cr−Sn−Zr合金は、Ti−Nb系低弾性チタン合金に比べはるかに廉価なものとなる。また、骨組織への接着性が異なるとされるTiとZrの組成比を大幅に変えたTi−Cr−Sn−Zr四元系合金の低弾性化にも成功しており、これらの元素の組成量を適宜制御した低弾性チタン合金を作製することにより、体型や症例、さらに適用部位に最適なカスタムメイドな治療デバイスやインプラント材料を提供することができると考えられる。   The low-elasticity titanium alloy of the present invention is a promising alloy material that can be used as an implant material composed of a metal element that is not toxic to living bodies and has abundant resources, and has industrial applicability. In particular, Ti—Cr—Sn ternary alloys, Ti—Cr—Al ternary alloys, and Ti—Cr—Sn—Zr alloys with a small amount of Zr added are much cheaper than Ti—Nb low elasticity titanium alloys. It will be something. In addition, we have succeeded in reducing the elasticity of Ti-Cr-Sn-Zr quaternary alloys in which the composition ratio of Ti and Zr, which is considered to have different adhesion to bone tissue, has been greatly reduced. By producing a low-elasticity titanium alloy whose composition amount is appropriately controlled, it is considered that a custom-made treatment device and implant material optimal for the body shape, case, and application site can be provided.

Claims (3)

質量%で、Crを4.0%以上6.0%以下、Snを5.0%以上9.0%以下、Zrを0%より大きく40%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなる生体インプラント用の低弾性チタン合金であって、
前記チタン合金が生体の骨に適用され、かつ、
前記チタン合金のヤング率が60GPa未満であることを特徴とする生体インプラント用の低弾性チタン合金。
In a mass%, Cr is contained in a range of 4.0% to 6.0%, Sn is contained in a range of 5.0% to 9.0%, Zr is greater than 0% and 40% or less, and the balance is Ti and A low-elasticity titanium alloy for in vivo implants consisting of inevitable impurities,
The titanium alloy is applied to a bone of a living body, and
A low-elasticity titanium alloy for biological implants, wherein the titanium alloy has a Young's modulus of less than 60 GPa.
質量%で、Crを3.0%以上4.0%未満、Snを5.0%以上9.0%以下、Zrを10%以上30%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなる生体インプラント用の低弾性チタン合金であって、
前記チタン合金が生体の骨に適用され、かつ、
前記チタン合金のヤング率が60GPa未満であることを特徴とする生体インプラント用の低弾性チタン合金。
Contains Cr in a range of 3.0% to less than 4.0%, Sn in a range of 5.0% to 9.0%, and Zr in a range of 10% to 30%, with the balance being Ti and inevitable Low-titanium titanium alloy for biological implants consisting of mechanical impurities,
The titanium alloy is applied to a bone of a living body, and
A low-elasticity titanium alloy for biological implants, wherein the titanium alloy has a Young's modulus of less than 60 GPa.
質量%で、Crを1.0%以上3.0%未満、Snを5.0%以上9.0%以下、Zrを30%以上40%以下となる範囲で含有し、残部がTi及び不可避的不純物からなる生体インプラント用の低弾性チタン合金であって、
前記チタン合金が生体の骨に適用され、かつ、
前記チタン合金のヤング率が60GPa未満であることを特徴とする生体インプラント用の低弾性チタン合金。
Contains Cr in the range of 1.0% to less than 3.0%, Sn in the range of 5.0% to 9.0%, Zr in the range of 30% to 40%, the balance being Ti and inevitable Low-titanium titanium alloy for biological implants consisting of mechanical impurities,
The titanium alloy is applied to a bone of a living body, and
A low-elasticity titanium alloy for biological implants, wherein the titanium alloy has a Young's modulus of less than 60 GPa.
JP2014100366A 2014-05-14 2014-05-14 Low elastic titanium alloy Active JP5633767B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014100366A JP5633767B2 (en) 2014-05-14 2014-05-14 Low elastic titanium alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014100366A JP5633767B2 (en) 2014-05-14 2014-05-14 Low elastic titanium alloy

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009168299A Division JP5572794B2 (en) 2009-07-16 2009-07-16 Low elastic titanium alloy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014194083A JP2014194083A (en) 2014-10-09
JP5633767B2 true JP5633767B2 (en) 2014-12-03

Family

ID=51839499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014100366A Active JP5633767B2 (en) 2014-05-14 2014-05-14 Low elastic titanium alloy

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5633767B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3027921A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-06 Snecma TITANIUM-BASED ALLOYS HAVING IMPROVED MECHANICAL PROPERTIES
CN108913945B (en) * 2018-08-03 2019-07-26 燕山大学 A kind of high-strength titanium alloy and preparation method thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008075173A (en) * 2006-01-18 2008-04-03 Nissan Motor Co Ltd Titanium alloy having low young's modulus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014194083A (en) 2014-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Superelasticity and tensile strength of Ti-Zr-Nb-Sn alloys with high Zr content for biomedical applications
EP2297370B1 (en) Beta-based titanium alloy with low elastic modulus
EP1614759B1 (en) Super-elastic titanium alloy for medical uses
Hsu et al. The structure and mechanical properties of as-cast Ti–25Nb–xSn alloys for biomedical applications
Liu et al. Deformation-induced changeable Young's modulus with high strength in β-type Ti–Cr–O alloys for spinal fixture
Stráský et al. Achieving high strength and low elastic modulus in interstitial biomedical Ti–Nb–Zr–O alloys through compositional optimization
Zhan et al. β-type Ti-10Mo-1.25 Si-xZr biomaterials for applications in hard tissue replacements
US9758846B2 (en) Super elastic zirconium alloy for biological use, medical instrument and glasses
JP6006872B2 (en) Titanium alloy with linear elastic deformation, ultra-high strength and ultra-low elasticity
Li et al. Zr–Si biomaterials with high strength and low elastic modulus
JP5633767B2 (en) Low elastic titanium alloy
JP2009024223A (en) Dental wire, and method for producing the same
JP6491754B2 (en) Titanium alloy with high strength and ultra-low elastic modulus
EP2007913B1 (en) Alloy for endodontic treatment
JP5572794B2 (en) Low elastic titanium alloy
KR101837872B1 (en) Superelastic alloy
O’Brien et al. Initial exploration of Ti–Ta, Ti–Ta–Ir and Ti–Ir alloys: candidate materials for coronary stents
JP2009097064A (en) Ti-BASE ALLOY
JP2004197112A (en) Method of producing biological superelastic titanium alloy
JP2016141838A (en) β TYPE TITANIUM ALLOY
CN101580906A (en) Ti-Zr-Nb-Fe-Al-Ce super elastic alloy and products thereof
CN104745878A (en) Moderate strength flexible narrow lag NiTiWCu quaternary alloy and preparation method and application thereof
CA3083153A1 (en) Ternary ti-zr-o alloys, methods for producing same and associated utilizations thereof
Iijima et al. Joining characteristics of β‐titanium wires with electrical resistance welding
Hsu et al. Effect of thermomechanical treatment on structure and properties of metastable Ti-25Nb-8Sn alloy

Legal Events

Date Code Title Description
A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20140715

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140807

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140821

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140909

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141001

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5633767

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250