JP6916479B2 - マグネシウム・鉄合金の製造方法、マグネシウム・鉄合金及びそれを用いた生体医療材料 - Google Patents
マグネシウム・鉄合金の製造方法、マグネシウム・鉄合金及びそれを用いた生体医療材料 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6916479B2 JP6916479B2 JP2015073326A JP2015073326A JP6916479B2 JP 6916479 B2 JP6916479 B2 JP 6916479B2 JP 2015073326 A JP2015073326 A JP 2015073326A JP 2015073326 A JP2015073326 A JP 2015073326A JP 6916479 B2 JP6916479 B2 JP 6916479B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnesium
- iron alloy
- powder
- sintering
- alloying
- 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
Links
Images
Description
しかし、マグネシウムは活性が高く、生体内での分解速度が速すぎるという問題があった。このため、マグネシウムそのものを原料としプレートとして使用した場合、皮下に大量のガスが発生し空腔を形成してしまうことが知られている。
一方、鉄については純鉄製のステントが作製され、ウサギ血管内への埋入実験結果が報告された(非特許文献1、2参照)。しかし、鉄は生体内での分解速度が遅すぎるという問題があった。このため、医療用材料として生体内に埋入された鉄は、治療後も体内に異物として残っている期間が長く、該材料が腐食し周辺で炎症が起きることも指摘されている。
しかしながら、マグネシウム/鉄の融点はそれぞれ650℃/1538℃であり、室温付近での密度はそれぞれ1.738g・cm-3/7.874g・cm-3であり、大きく異なる。これらの物性の違いにより、両金属を従来の溶融鋳造法により合金化することは極めて困難であり、たとえ合金化できたとしても均質な合金を得ることはできなかったため、医療材料の分野のみならず他の工業分野においてもマグネシウム・鉄合金の作成の例はほとんどなかった。
また、前記マグネシウム粉末と前記鉄粉末に、製造する合金を使用する材料に通常添加するような金属粉末を微量添加してもよい。
前記混合した粉末を機械的エネルギーを利用した固相反応により合金化する方法の例として、メカニカルアロイング法が挙げられる。メカニカルアロイング法は、複数の金属粉末をボールの入った容器に入れ、容器ごと回転させて激しくかき混ぜるものである。かき混ぜられた容器内の複数の金属粉末は、原子レベルでの固相反応により合金化する。
図1にメカニカルアロイング装置の外観、容器の写真、及び容器内の概念図を示す。
具体的には、回転速度250〜650rpm、固相反応時間0.5〜45時間、試料/ボールの重量比1/100〜1/1等に設定される。容器内雰囲気をArガス等で置換してもよい。
図6に放電プラズマ焼結法に使用される装置の概要を示す。
具体的には、加圧力10〜800MPa、焼結温度到達後の保持時間0〜20分、焼結温度200〜600℃等に設定される。温度と加圧力プロセスの例を図8に示す。
ビッカース硬さ(VHN;Vickers Hardness)の試験方法は、JIS法(JIS Z 2244、JIS B 7725)に規定され、正四角錐のダイヤモンド圧子を,試料(試験片)の表面に押し込み,その試験力を解除した後,表面に残ったくぼみの対角線長さを測定するものである。
マグネシウム粉末(株式会社レアメタリック製、純度99.9%、100mesh)と、鉄粉末(株式会社高純度化学研究所製、純度99.9%以上、〜53μm)を、表1に記載した混合比に従い、混合した。
混合した粉末約30gを、メカニカルアロイング装置(株式会社レッチェ製、遊星型ボールミルPM100型)にて合金化処理を行った。ボールミル容器及びボールはステンレス製のものを用い、混合した粉末試料/ボールの重量比を1/10とした。容器内をAr雰囲気に置換し、容器の回転速度は、250、350、650rpm、固相反応時間は45時間まで或いは合金化が認められるまでとした。
この走査型電子顕微鏡写真から、実施例3の混合粉末のメカニカルアロイング法による合金粉末は1−3μm程度の均質な形状であることが分かった。
図3〜5は、実施例3の試料(Mg30Fe70粉末)をメカニカルアロイング法(回転速度はそれぞれ250rpm、350rpm、650rpm)により合金化したマグネシウム・鉄合金粉末のX線回折スペクトル(X線回折パターン)の経時変化である。X線回折装置(株式会社リガク製、ビルドアップ型多機能X線回折装置、RINT−UltimaIIIsp)の測定条件は、管電圧:40kV、管電流:40mAである。
これらのX線回折スペクトルから、メカニカルアロイング前に観察された回折ピークは固相反応時間の経過とともにブロードになって消滅していくことが分かる。回折ピークの消滅は、混合粉末が合金化されていくことを示すため、実施例3の混合粉末は、回転速度350rpmであれば37.5時間、回転速度650rpmであれば17時間の固相反応時間で合金化されていることが分かった。
走査型顕微鏡写真及びX線回折スペクトルの解析により合金化されていることが確認された、実施例1〜3、比較例1及び2のマグネシウム・鉄合金粉末(回転速度350rpm、固相反応時間37.5時間メカニカルアロイング法で処理したもの)について、放電プラズマ焼結法により焼結を行った。
放電プラズマ焼結装置は、SPSシンテックス株式会社製SPS−3.20MK−IVを用いた。
図7は、放電プラズマ焼結法によるマグネシウム・鉄合金焼結体作製時の温度と加圧力プロセスである。本実施例及び比較例においては、加圧力を600MPa、保持時間を10分に設定し、焼結温度を400、450、500、550℃に振って、マグネシウム・鉄合金粉末の焼結を行った。
図10は、実施例3の試料について、メカニカルアロイング法により合金化したマグネシウム・鉄合金粉末及び該合金粉末から放電プラズマ焼結法により作製したマグネシウム・鉄合金焼結体の走査型電子顕微鏡写真を比較したものである(回転速度350rpm、固相反応時間37.5h、Mg30Fe70粉末、焼結温度500℃)。焼結前後の走査型電子顕微鏡写真を比較すると、焼結前のマグネシウム・鉄合金粉末には存在した粒子の隙間は、焼結後のマグネシウム・鉄合金焼結体にはほぼなくなり、該焼結体は均質性を有していることが分かった。
図11は、実施例3の試料について、メカニカルアロイング法により合金化したマグネシウム・鉄合金粉末及び該合金粉末から放電プラズマ焼結法により作製したマグネシウム・鉄合金焼結体のX線回折スペクトルを比較したものである(回転速度350rpm、固相反応時間37.5h、Mg30Fe70粉末、焼結温度500℃)。焼結前後のX線回折スペクトルを比較すると、両者にほとんど差はなく、微細構造は保たれたまま焼結体を形成していることが分かった。
降伏点は、焼結温度400℃の焼結体では420MPa、焼結温度450℃の焼結体では380MPa、焼結温度500℃の焼結体では450MPa、焼結温度550℃の焼結体では240MPaであり、焼結温度500℃の焼結体の機械的特性すなわち加工性がいちばん優れていることが分かった。
走査型顕微鏡写真及びX線回折スペクトルの解析により合金化されていることが確認された、実施例1のマグネシウム・鉄合金粉末(Mg70Fe30、回転速度350rpm、固相反応時間37.5時間メカニカルアロイング法で処理したもの)について、ホットプレス法により焼結を行った。
ホットプレス法の焼結条件は、焼結温度500℃、加圧力600MPa、保持時間10分とした。また、焼結体のサイズは直径15mm、高さ6mmとした。
焼結体の密度は島津製作所製の島津分析天びんAUW−D/AUW/AUX/AUYシリーズ用簡易比重測定キット(SMK−401)を用いて測定し、2.962g・cm-3であった。
焼結体の硬さは株式会社ミツトヨ製HM−200型微小硬さ試験機を用いて測定し、97.78VHNであった。
さらに圧縮試験は汎用機械式テスト機(島津製作所製、高温真空引張・圧縮試験機AG50VF)を用いて行い、降伏点は440MPaであった。
Claims (8)
- マグネシウム粉末と鉄粉末を混合する工程と、
前記混合した粉末を機械的エネルギーを利用した固相反応により合金化する工程と、
前記合金化した混合粉末を200〜600℃で焼結する工程と
を含み、
前記マグネシウム粉末の量は混合した粉末全量に対して30〜90質量%であり、
前記焼結する工程が放電プラズマ焼結法である、マグネシウム・鉄合金の製造方法。 - 前記機械的エネルギーを利用した固相反応により合金化する工程が、メカニカルアロイング法である、請求項1に記載のマグネシウム・鉄合金の製造方法。
- 前記メカニカルアロイング法が、回転速度250〜650rpm、固相反応時間0.5〜45時間、試料/ボールの重量比1/100〜1/1の条件であることを特徴とする、請求項2に記載のマグネシウム・鉄合金の製造方法。
- 前記放電プラズマ焼結法が、加圧力10〜800MPa、焼結温度到達後の保持時間0〜20分の条件であることを特徴とする、請求項1記載のマグネシウム・鉄合金の製造方法。
- 前記鉄粉末の量が混合した粉末全量に対して10〜70質量%であることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載のマグネシウム・鉄合金の製造方法。
- 前記混合した粉末を機械的エネルギーを利用した固相反応により合金化する工程で得られる合金の粒子サイズが、150μm以下であることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載のマグネシウム・鉄合金の製造方法。
- 請求項1から6のいずれかに記載のマグネシウム・鉄合金の製造方法で製造した、マグネシウム・鉄合金。
- 請求項1から6のいずれかに記載のマグネシウム・鉄合金の製造方法で製造したマグネシウム・鉄合金を用いた生体医療材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015073326A JP6916479B2 (ja) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | マグネシウム・鉄合金の製造方法、マグネシウム・鉄合金及びそれを用いた生体医療材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015073326A JP6916479B2 (ja) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | マグネシウム・鉄合金の製造方法、マグネシウム・鉄合金及びそれを用いた生体医療材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016194095A JP2016194095A (ja) | 2016-11-17 |
JP6916479B2 true JP6916479B2 (ja) | 2021-08-11 |
Family
ID=57323776
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015073326A Active JP6916479B2 (ja) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | マグネシウム・鉄合金の製造方法、マグネシウム・鉄合金及びそれを用いた生体医療材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6916479B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6649876B2 (ja) | 2013-03-14 | 2020-02-19 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 焼結されたナノ結晶合金 |
US11644288B2 (en) | 2015-09-17 | 2023-05-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Nanocrystalline alloy penetrators |
US11066733B2 (en) | 2016-03-31 | 2021-07-20 | Tohoku University | Calcium-based metallic glass alloy molded body for medical use and production method thereof |
CN110678570A (zh) * | 2017-05-04 | 2020-01-10 | 麻省理工学院 | 含铁合金以及相关的系统和方法 |
JP6804777B2 (ja) * | 2019-05-27 | 2020-12-23 | 国立大学法人東北大学 | 耐食性評価用金属試験片の作製方法 |
CN115807176B (zh) * | 2022-12-29 | 2023-08-11 | 中北大学 | 一种放电等离子烧结和自由流体快速冷却相结合的镁合金制备方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2958441B2 (ja) * | 1996-05-14 | 1999-10-06 | 工業技術院長 | 磁性を有する軽量材料 |
JP5505841B2 (ja) * | 2010-11-09 | 2014-05-28 | 学校法人日本大学 | マグネシウム基硬磁性複合材料及びその製造方法 |
-
2015
- 2015-03-31 JP JP2015073326A patent/JP6916479B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016194095A (ja) | 2016-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6916479B2 (ja) | マグネシウム・鉄合金の製造方法、マグネシウム・鉄合金及びそれを用いた生体医療材料 | |
Yan et al. | Improved mechanical properties of the new Ti-15Ta-xZr alloys fabricated by selective laser melting for biomedical application | |
Nyberg et al. | Microstructure and mechanical properties of titanium components fabricated by a new powder injection molding technique | |
Aşık et al. | Fatigue behavior of Ti–6Al–4V foams processed by magnesium space holder technique | |
Chu et al. | Effects of heat treatment on characteristics of porous Ni-rich NiTi SMA prepared by SHS technique | |
Bolzoni et al. | Mechanical properties and microstructural evolution of vacuum hot-pressed titanium and Ti–6Al–7Nb alloy | |
Xie et al. | Development of high performance MgFe alloy as potential biodegradable materials | |
Pradeep et al. | Investigation of microstructure and mechanical properties of microwave consolidated TiMgSr alloy prepared by high energy ball milling | |
Gain et al. | Composites matching the properties of human cortical bones: The design of porous titanium-zirconia (Ti-ZrO2) nanocomposites using polymethyl methacrylate powders | |
Zhang et al. | Rapid fabrication of function-structure-integrated NiTi alloys: Towards a combination of excellent superelasticity and favorable bioactivity | |
Niespodziana et al. | The synthesis of titanium alloys for biomedical applications | |
Khodaei et al. | Magnesium/Nano-hydroxyapatite composite for bone reconstruction: the effect of processing method | |
WO2012124661A1 (ja) | 高強度・低弾性に優れるチタン-マグネシウム材料 | |
Manukyan et al. | Novel NiZr-based porous biomaterials: Synthesis and in vitro testing | |
Annur et al. | Powder metallurgy preparation of Mg-Ca alloy for biodegradable implant application | |
Marek et al. | Powder metallurgy preparation of Co-based alloys for biomedical applications | |
Cai et al. | Mechanical properties and corrosion resistance of large-size biodegradable Ca–Mg–Zn bulk metallic glasses fabricated via powder metallurgy | |
Durai et al. | Effect of sintering temperature on mechanical properties of Mg-Zr alloy | |
Li et al. | A biomedical Ti-35Nb-5Ta-7Zr alloy fabricated by powder metallurgy | |
US11692242B2 (en) | Method of producing biodegradable magnesium composite by spark plasma sintering | |
JP6902796B2 (ja) | 医療用カルシウム系金属ガラス合金成形体及びその製造方法 | |
Lesz et al. | Synthesis of Mg–Zn–Ca Alloy by the Spark Plasma Sintering | |
Crosby | Titanium-6Aluminum-4Vanadium for functionally graded orthopedic implant applications | |
Wan Nawai et al. | Effect of sintering temperature on microstructure and mechanical properties of Ti-Nb-Sn-HA composites produced by powder metallurgy | |
Khalatbari et al. | Synthesis of porous nanostructure NiTi implant and measurement of thermomechanical properties |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180328 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190131 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190212 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190827 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191121 |
|
C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20191121 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20191128 |
|
C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20191203 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20200207 |
|
C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211 Effective date: 20200212 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20200811 |
|
C302 | Record of communication |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C302 Effective date: 20200826 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20201006 |
|
C302 | Record of communication |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C302 Effective date: 20201223 |
|
C13 | Notice of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13 Effective date: 20210105 |
|
C28A | Non-patent document cited |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C2838 Effective date: 20210105 |
|
C302 | Record of communication |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C302 Effective date: 20210315 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210405 |
|
C30 | Protocol of an oral hearing |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C30 Effective date: 20210407 |
|
C302 | Record of communication |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C302 Effective date: 20210407 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20210413 |
|
C23 | Notice of termination of proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23 Effective date: 20210525 |
|
C03 | Trial/appeal decision taken |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03 Effective date: 20210629 |
|
C30A | Notification sent |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012 Effective date: 20210629 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210706 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6916479 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |