KR101395141B1 - Manufacturing method of alloy composition for bio-material - Google Patents

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윤성원
이승훈
이종민
김문정
이영철
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대구가톨릭대학교산학협력단
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Abstract

The objective of the present invention is to provide a method for manufacturing an alloy composition for a bio-material, which enables magnetic resonance imaging. In order to achieve the above-mentioned objective, the alloy composition for a bio-material, which is inserted into a human body and used as a structure, includes 20 -35 wt% of manganese and remaining amount of iron. The alloy composition for a bio-material of the present invention has iron as a basic component, thereby providing the advantages of iron, and, further, has low magnetic susceptibility by the action of manganese, thereby providing the advantages of the alloy for a biodegradable bio-material and conducting imaging through a magnetic resonance device.

Description

바이오 재료용 합금 제조 방법{Manufacturing method of alloy composition for bio-material}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an alloy for a biomaterial,

본 발명은 바이오 재료용 합금 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체 내부에 구조물로 사용되는 합금 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an alloy composition for a biomaterial and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an alloy composition used as a structure in a human body and a method of manufacturing the same.

근래 의료 분야의 급격할 발달에 따라, 인체 내부에 다양한 금속 물질들을 사용하여 기능이 망실 또는 저하된 신체 기관의 기능을 복귀 또는 대체한다.With the rapid development of the medical field in recent years, various metallic materials are used inside the human body to restore or replace the functions of the lost or damaged body organs.

예를 들면, 치아가 망실된 경우 티타늄 금속을 이용하여 망실된 차아를 대신하는 임플란트를 들 수 있으며, 상기와 같은 임플란트는 많은 적용 사례들이 있어 현재 널리 적용되는 기술에 하나이다.For example, in the case of a tooth missing, there is an implant that replaces a lost tooth with titanium metal, and such an implant is one of the currently widely used techniques due to its many applications.

또한 등록특허 제442330호에 개시된 스텐트를 들 수 있다. 상기 스텐트는 질병, 외상, 수술 등으로 인하여 인체의 혈관이나 담즙트랙, 식도 등과 같은 내강의 협착된 부위에 삽입되어 내강의 통로를 확보함으로서 원활한 신체의 기능을 수행할 수 있도록 한 것이다.Also, stents disclosed in Japanese Patent No. 442330 can be mentioned. The stent is inserted into the lumen of the lumen such as blood vessels, bile track, and esophagus of the human body due to diseases, trauma, and surgery, thereby securing the passage of the lumen so that the stent can perform a smooth body function.

이러한 스텐트는 다양한 구조의 것들이 알려져 있으며, 대부분 원통형상의 구조체로 이루어지고, 그 기능에 따라 소정의 형태로 굽혀져 자체 탄성력을 갖는 와이어부재에 의해 외력을 가하면 일시적으로 수축 또는 팽창하지만 외력을 제거하게 되면 다시 원래의 형태로 복원되는 기능을 가지는 탄성 스텐트와 일정한 소성을 발휘하는 와이어부재에 의해 일단 외력을 가하게 되면 자체 소성으로 인해 팽창 또는 수축된 상태를 그대로 유지하는 소성 스텐트로 대분되고, 필요에 따라 특성을 선택하여 사용한다.Such stents are known to have various structures, and most of them are made of a cylindrical structure. When the stent is bent in a predetermined shape according to its function and an external force is applied by a wire member having its own elasticity, the stent contracts or expands temporarily. The elastic stent having the function of restoring the original shape and the wire member exhibiting the constant firing are largely divided into the plastic stent which maintains the expanded or contracted state due to the self-sintering once the external force is applied, Is selected and used.

특히 혈관 등에 사용되는 스텐트의 경우에는 현재 관상동맥, 말초혈관, 뇌혈관의 진행된 죽상경화에서 스텐트 삽입술은 활발히 시행되고 있다. 그러나, 스텐트 삽입술의 가장 큰 약점은 스텐트내 재협착으로, 스텐트 표면과 혈액 사이의 상호작용이 일어나 혈관조직의 영구적인 기계적 자극에 대한 반응인 신생내피 증식이 초래된다. 이에 대해 약물용출 스텐트를 통해 재협착을 방지하려는 시도가 있어 왔으나 약물용출 기간에는 재협착이 방지되지만 약물용출이 끝나는 시점부터 후기 협착과 혈전증의 빈도가 다시 증가하는 현상이 발견되는 단점이 있다.In the case of stents used for blood vessels, stent implantation is actively performed in the advanced atherosclerosis of the coronary arteries, peripheral blood vessels and cerebral blood vessels. However, the greatest disadvantage of stenting is in-stent restenosis, which results in an interaction between the stent surface and blood, resulting in neointimal hyperplasia, a response to permanent mechanical stimulation of vascular tissue. However, there is a disadvantage that the incidence of late stenosis and thrombosis increases again from the time of drug elution, although restenosis is prevented during drug elution.

또한, 재료 물질의 성질 개선이 꾸준히 시도되었으며, 강도 및 유연성, 생분해능, 생체 적합성, 그리고 자기 감수성 모두를 충족시키는 재료물질을 탐색하여 왔다. In addition, improvements in the properties of material materials have been steadily attempted and have explored material materials that satisfy both strength and flexibility, biodegradability, biocompatibility, and magnetosensitivity.

예를 들면, 순수 철로 만든 원통을 레이저 절삭을 통해 가공하여 일반적인 영구 스텐트와 동일한 디자인으로 된, 부식성 철 스텐트를 최초로 제작하였으며 생분해성 금속 스텐트로서 가능성과 안전성을 보였다. 특히, 토끼와 돼지 대동맥에 이식된 순수 철 스텐트는 혈전형성이나 부작용이 없이 6-18 개월 동안 개통성을 유지하였으며, 염증반응이나 신생내피 증식 등의 증거나 전신적인 독성의 소견이 없었다. 그러나 분해 속도가 아주 낮아서 부식성 측면에서 본다면 영구적인 스텐트와 다름없었다. 의학적으로 적당한 분해 속도는 12-24개월로 마그네슘 합금보다는 약간 느린 것이 적당하다고 판단된다.For example, a cylinder made of pure iron was machined through laser cutting to produce the first corrosion-resistant iron stent with the same design as a permanent stent, and showed the possibility and safety as a biodegradable metal stent. In particular, the pure iron stent implanted in the rabbit and pig aorta maintained the patency for 6-18 months without any thrombus formation or side effects. There was no evidence of inflammation or neointimal hyperplasia or systemic toxicity. However, the decomposition rate was very low, so it was no different from a permanent stent in terms of corrosion. The medically appropriate decomposition rate is 12-24 months, which is considered to be somewhat slower than the magnesium alloy.

철 합금은 생분해 저항성이 높고, 자기 감수성이 있어 자기공명 영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging)에서 인공물이 생기는 단점이 있어 자기공명 영상장치에서 인공물을 만들고 혈관과 스텐트 자체를 영상화할 수 없는 제한점을 보인다.Iron alloys have the disadvantages of high resistance to biodegradation and magnetic susceptibility, resulting in artifacts in magnetic resonance imaging (MRI), making artifacts in magnetic resonance imaging devices and limiting the ability to image blood vessels and stents themselves.

자기공명 영상은 임상적 응용을 점진적으로 확대하고 있으며, 현재 영상진단에 있어 필수적인 위치를 차지하고 있다. 자기공명영상은 자기장 안에서 수소 원자의 스핀이 이완되는 현상을 이용해 신체의 해부학적, 생리학적, 생화학적 정보 영상을 얻는 방법으로서, 인간이나 동물의 신체기관을 비침습적이며 실시간 영상화할 수 있는 뛰어난 영상 진단 장비중의 하나이다. 지금까지 살펴 본 생분해성 스텐트 재질 중 가장 성질이 유망하다고 평가되는 철 기반 스텐트의 자기공명 영상화가 불가능하다면, 스텐트 삽입후 혈관 병변의 평가를 비침습적인 자기공명 혈관조영술 대신 침습적인 도관 조영술을 할 수밖에 없다. 따라서 자기공명 영상화가 가능하도록 재질을 철 합금이 절실히 필요한 실정이다.
Magnetic resonance imaging is gradually expanding clinical applications and is now an essential part of imaging diagnosis. Magnetic resonance imaging (MRI) is a method of acquiring anatomical, physiological, and biochemical information images of a body using the phenomenon of spin relaxation of hydrogen atoms in a magnetic field. It is a non-invasive and real- It is one of diagnostic equipment. If the magnetic resonance imaging of the iron-based stent, which is considered to be the most promising biodegradable stent material, is not possible, invasive catheterization instead of noninvasive magnetic resonance angiography none. Therefore, an iron alloy is inevitably required to make magnetic resonance imaging possible.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 자기공명 영상화가 가능한 바이오용 합금 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a biodegradable composition capable of magnetic resonance imaging.

또한 자기공명 영상화가 가능한 바이오용 합금 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a biodegradable alloy capable of magnetic resonance imaging.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인체에 삽입되어 구조물로 사용되는 바이오 재료용 합금 조성물에 있어서, 망간이 20중량% 내지 35중량%이며 나머지가 철인 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides an alloy composition for a biomaterial inserted into a human body, wherein the manganese is 20 wt% to 35 wt%, and the remainder is iron.

또한, 본 발명은 인체에 삽입되어 구조물로 사용되는 바이오 재료용 합금 제조 방법에 있어서, 망간 20중량% 내지 35중량%와 나머지 철을 혼합하는 조성물 혼합 단계; 상기 조성물 혼합 단계의 혼합물을 가열하여 용융하는 용융 단계; 상기 용융 단계의 용융 합금을 금형에 투입하여 성형하는 주조 단계; 상기 성형 합금을 필요한 형상으로 가공하는 소성가공 단계; 및 상기 소성가공 단계에서 가공된 소재를 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing an alloy for a biomaterial inserted into a human body and used as a structure, comprising: mixing a composition comprising 20 wt% to 35 wt% of manganese and the balance iron; A melting step of heating and melting the mixture of the composition mixing step; A casting step of putting the molten alloy in the melting step into a metal mold for molding; A plastic working step of processing the shaped alloy into a required shape; And a heat treatment step of heat-treating the material processed in the plastic working step.

바람직하게는, 상기 용융 단계는 300 mbar압력 하의 아르곤 환경하의 진공 고주파 유도로에서 수행되는 것을 특징으로 한다.Preferably, said melting step is carried out in a vacuum high-frequency induction furnace under argon at a pressure of 300 mbar.

바람직하게는, 상기 소성가공 단계는 800℃-1000℃로 소재를 가열한 후 특정 형상으로 가공하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the plastic working step is performed by heating the material to 800 ° C to 1000 ° C and then processing the material into a specific shape.

바람직하게는, 상기 열처리 단계는 소재를 600℃온도에서 1시간 동안 처리한 후, 물로 급속히 냉각하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the heat treatment step is performed in such a manner that the material is treated at a temperature of 600 DEG C for 1 hour and then cooled rapidly with water.

바람직하게는, 상기 열처리 단계는 700℃에서 10분의 풀림처리 후 600℃에서 10시간 숙성 처리하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the heat treatment step is characterized by aging treatment at 600 ° C for 10 hours after annealing at 700 ° C for 10 minutes.

본 발명에 따른 바이오 재료용 합금 조성물은 철이 기본적인 성분으로 이루어져, 철의 장점을 가지며, 또한 망간의 작용에 의하여 자기 감수성이 낮아 생분해성 바이오 재질용 합금의 장점과 자기공명장치를 통한 영상화도 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다.
The alloy composition for a biomaterial according to the present invention is composed of iron as a basic component and has merits of iron and low magnetic susceptibility due to the action of manganese so that the advantage of biodegradable bio-material alloy and imaging through magnetic resonance apparatus are simultaneously performed There is an effect that can be done.

도 1은 본 발명에 따른 바이오 재료용 합금 제조 방법의 공정도이며,
도 2는 본 발명의 주조 공정 후의 조직 사진들이며,
도 3는 본 발명에 따른 실시예들의 조직 사진들이며,
도 4은 본 발명에 따른 실시예들의 X선 분석 그래프이며,
도 5는 도 4 중 알파 마르텐사이트 상을 대표하는 2theta 구간 63.0-66.0 도에서의 망간 함유량에 따른 신호강도변화이며,
도 6은 도 4 중 감마 오스테나이트 상을 대표하는 2theta 구간 49.0-52.0 도에서의 망간 함유량에 따른 신호강도변화이며,
도 7은 도 4 중 입실론 마르텐사이트 상을 대표하는 2theta 구간 46.0-48.0 도에서의 망간 함유량에 따른 신호강도변화이며,
도 8은 본 발명에 따른 실시예들의 경도 그래프이며,
도 9는 본 발명에 따른 실시예들의 자기 공명 촬영 사진들이다.
1 is a process diagram of a method for producing an alloy for a biomaterial according to the present invention,
2 is a photograph of the tissue after the casting process of the present invention,
FIG. 3 is a photograph of tissues of embodiments according to the present invention,
4 is an X-ray analysis graph of embodiments according to the present invention,
FIG. 5 is a graph showing signal intensity changes according to manganese content at 63.0-66.0 degrees in the 2theta period representing alpha martensite phase in FIG. 4,
6 is a graph showing signal intensity changes according to the content of manganese at 49.0-52.0 degrees in the 2 theta section representing the gamma-austenite phase in FIG. 4,
7 is a graph showing signal intensity changes according to the content of manganese in the 2theta section 46.0-48.0 degrees representing epsilon martensite phase in Fig. 4,
Figure 8 is a graph of the hardness of embodiments according to the present invention,
Figure 9 is a magnetic resonance photograph of embodiments according to the present invention.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 바이오 재료용 합금 조성물은 철을 기반으로 망간을 첨가한 것을 그 특징으로 한다.The alloy composition for a biomaterial according to the present invention is characterized in that manganese is added based on iron.

본 발명에 따른 바이오 재료용 합금 조성물은 철을 기반으로 망간(Mn) 20 내지 35중량%를 첨가한 것을 특징으로 한다.The alloy composition for a biomaterial according to the present invention is characterized in that 20 to 35% by weight of manganese (Mn) is added based on iron.

상기 망간(Mn)은 자기 감수성의 변화를 위하여 첨가하는 것으로 20중량% 미만인 경우에는 자기 감수성에 영향이 미미하고, 35중량%를 초과하는 경우에는 철의 기계적인 특성을 약화시키므로, 상기 조성범위가 적절하다.The manganese (Mn) is added for the change of the magnetosensitivity. When the Mn is less than 20% by weight, the magnetic susceptibility is insignificant. When it exceeds 35% by weight, the mechanical properties of iron are weakened. proper.

이하 본 발명에 따른 바이오 재료용 합금의 제조 방법에 관하여 설명한다.Hereinafter, a method for producing an alloy for a biomaterial according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 제조 방법은 조성물 혼합 단계(S1), 용융 단계(S2), 주조 단계(S3), 단조 단계(S4) 및 열처리 단계(S4)를 포함하여 구성된다.The manufacturing method according to the present invention comprises a composition mixing step (S1), a melting step (S2), a casting step (S3), a forging step (S4) and a heat treatment step (S4).

먼저, 조성물 혼합 단계(S1)이 수행된다.First, the composition mixing step (S1) is performed.

상기 조성물 혼합 단계(S1)에서는 망간 20 내지 35중량% 나머지 철을 준비하여 서로 혼합한다.In the composition mixing step (S1), 20 to 35 wt% of residual iron of manganese is prepared and mixed with each other.

상기 사용된 철과 망간은 대부분 고순도의 전해철과 전해망간을 사용하며, 고순도의 순수 철을 사용할 수도 있으나, 필요한 경우 탄소 함량 35% 이내인 강철을 사용할 수도 있다. 이때, 강철은 내부에 존재하는 철의 함량을 기준으로 전체 중량을 산출하여 혼합한다. Most of iron and manganese used are high purity electrolytic iron and electrolytic manganese. High purity pure iron may be used, but if necessary, steel having a carbon content of 35% or less may be used. At this time, the total weight of the steel is calculated based on the content of iron present therein and mixed.

상기 조성물 혼합 단계(S1)이 수행된 후에는 용융 단계(S2)가 수행된다.After the composition mixing step (S1) is performed, a melting step (S2) is performed.

상기 용융 단계(S2)는 300 mbar압력 하의 아르곤 환경하의 고주파 유도전기로에서 수행된다. 이때 전기로의 온도는 1530℃-1550℃정도이고 용융시간은 원소재의 장입량에 따라 다르게 수행된다.The melting step (S2) is carried out in a high frequency induction furnace under an argon atmosphere at a pressure of 300 mbar. At this time, the temperature of the electric furnace is about 1530 ° C. to 1550 ° C. and the melting time is differently performed depending on the amount of the raw material.

상기 용융 단계(S2)에서 용융된 금속 합금은 별도의 금형에 주입하여 특정한 형상으로 성형하는 주조 단계(S3)가 수행된다.In the melting step (S2), the molten metal alloy is injected into a separate metal mold and a casting step (S3) is performed to form the metal alloy into a specific shape.

상기 주조 단계(S3)는 금형의 형태에 의하여 다양한 형상으로 합금을 제조할 수 있으며, 또한 다양한 재질의 금형을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 금속 금형이 바람직하다.In the casting step (S3), an alloy may be manufactured in various shapes depending on the shape of the mold, and a metal mold of various materials may be used, but a metal mold is preferably used.

상기 주조 공정(S3)에서 제조된 합금은 단조 단계(S4)를 거쳐 최종 모양으로 가공한다. 주조 공정 후 주조조직의 연화 및 편석 제거를 위하여 균질화 열처리를 수행한다. 균질화 열처리는 단상영역인 오스테나이트 영역에서 진행하는 것이 일반적이다, 따라서, 편석 제거를 위한 1000℃~1200℃의 열처리를 수행하며, 이는 오스테나이트상태 중 재용해되지 않을 최고점에서의 온도가 확산이 가장 활발히 이루어질 수 있는 특성을 활용한 것이다. 하지만 이 경우 조직이 조대해 지기 때문에 열처리에 최적의 시간을 확보하는 것이 중요하다. 유지 시간은 승온 속도 5~20/min 이후 제품 최장 두께를 기준으로 2.54mm당 30~60min의 열처리 시간을 설정한다. 균질화 열처리 후 냉각은 공냉을 기초로 하고 있고, 초기 공랭 후 공정선 이하의 로냉까지 가능한 조건으로 선정한다.The alloy produced in the casting step (S3) is processed into a final shape through a forging step (S4). After the casting process, homogenization heat treatment is performed to soften the casting structure and remove segregation. The homogenization heat treatment generally proceeds in the austenite region, which is a single-phase region. Therefore, heat treatment at 1000 ° C to 1200 ° C for removing the segregation is performed, and this is because the temperature at the highest point not to be re- It utilizes the characteristics that can be actively made. However, in this case, it is important to secure the optimal time for heat treatment because the tissue is not cleaned. The holding time is set to a heat treatment time of 30 to 60 minutes per 2.54 mm based on the longest thickness of the product after a temperature rising rate of 5 to 20 / min. The cooling after the homogenization heat treatment is based on air cooling, and the initial cooling and lower cooling below the process line are selected as possible conditions.

주조상태의 소재는 도 2에 도시된 바와 같이, 수지상형성 및 수지에 편석이 동반됨을 알 수 있으나, 열처리 후 시편에서는 수지상 등 주조 조직이 제거되고 결정립계가 확인됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, it can be seen that the resinous phase and the resin are accompanied by segregation of the material in the cast state, but after the heat treatment, the casted structure such as dendritic phase is removed and the grain boundary is confirmed in the specimen.

상기 소성 가공 단계(S4)는 1000℃로 소재를 가열한 후,300Mpa의 가압력으로 수행되며, 상기 단조용 금형을 상기 주조용 금형과 달리 내구성이 있는 금속으로 구성하는 것이 바람직하며, 상기 가압력은 제조하고자 하는 소재의 모양에 따라 달리 적용할 수 있다.In the plastic working step (S4), the material is heated to 1000 deg. C, and then the pressing force is applied at 300 MPa. It is preferable that the forging die is made of a durable metal unlike the casting mold, It can be applied differently depending on the shape of the material.

상기 소성 가공 단계(S4)에서 제조된 함금은 최종 제품에 적합한 조직 특성을 갖도록 열처리 단계(S5)가 수행된다.The annealing step (S5) is performed so that the alloy produced in the plastic working step (S4) has a proper tissue characteristic for the final product.

본 발명의 열처리 단계(S5)는 2가지로 구분되어 각각 수행된다.The heat treatment step (S5) of the present invention is divided into two types and each is performed.

먼저 제1열처리는 소재를 600℃온도에서 1시간 동안 처리한 후, 물로 급속히 냉각하는 방식으로, 단련된 마르텐사이트 조직, 남아있는 감마 오스테나이트, 및 침전물로 구성된 미세구조를 얻을 수 있다.First, the first heat treatment can obtain a microstructure composed of the tempered martensite structure, the remaining gamma austenite, and the precipitate in such a manner that the material is treated at a temperature of 600 ° C for 1 hour and then rapidly cooled with water.

제2열처리는 700℃에서 10분의 감마위상영역에서 풀림 (annealing) 작업을 하고, 600℃에서 10시간 숙성하여 다량의 감마 오스테나이트 상태를 가지는 금속사이위상 조직을 얻을 수 있다.The second heat treatment is an annealing operation in a gamma phase region at 700 ° C for 10 minutes and aging at 600 ° C for 10 hours to obtain a phase structure between metals having a large amount of gamma austenite.

물론 상기 2가지 방식의 열처리는 공기 중에서 수행된다.
Of course, the two types of heat treatment are performed in air.

상기의 단계를 완료하면, 필요한 열처리 조직을 갖는 합금을 얻을 수 있다.When the above steps are completed, an alloy having a required heat-treated structure can be obtained.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 자세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention.

실시예Example 1 One

망간 10중량%, 나머지 철로 이루어진 합금이며, 300 mbar 아르곤 대기압의 고주파 유도전기로에 용해시켜 구리 주형에 넣은 뒤, 35mmx100mm규격을 가진 봉상형 시험편을 주조한다. 주조 조직의 연화 및 균질화 처리를 위하여 1000℃~1200℃에서 균질화 열처리를 수행 후 시험편을 제작하였다.
10% by weight of manganese and the balance of iron, dissolved in a high-frequency induction furnace with an atmospheric pressure of 300 mbar and placed in a copper mold, and then a rod-shaped specimen having a size of 35 mm × 100 mm is cast. For softening and homogenization of casting tissue After homogenization heat treatment at 1000 ℃ ~ 1200 ℃, specimens were prepared.

실시예Example 2 2

망간 15중량% 나머지 철로 이루어진 합금이며, 나머지는 실시예 1과 동일하게 시험편을 제작하였다.
Manganese alloy containing 15 wt% of residual iron, and the remainder was a test piece as in Example 1.

실시예Example 3 3

망간 20중량% 나머지 철로 이루어진 합금이며, 나머지는 실시예 1과 동일하게 시험편을 제작하였다.
Manganese alloy with 20 wt% of residual iron, and the other test pieces were prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 4 4

망간 25중량% 나머지 철로 이루어진 합금이며, 나머지는 실시예 1과 동일하게 시험편을 제작하였다.
Manganese alloy containing 25 wt% of residual iron, and the other test pieces were prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 5 5

망간 30중량% 나머지 철로 이루어진 합금이며, 나머지는 실시예 1과 동일하게 시험편을 제작하였다.
Manganese alloy containing 30 wt% of residual iron, and the rest were the same as in Example 1. [

실시예Example 6 6

망간 35중량% 나머지 철로 이루어진 합금이며, 나머지는 실시예 1과 동일하게 시험편을 제작하였다.
Manganese alloy containing 35 wt% of residual iron, and the rest were the same as in Example 1. [

시험예Test Example 1(조직 분석) 1 (tissue analysis)

상기 실시예들에 의하여 제작된 시험편을 10mm직경을 갖는 높이 3mm의 원반으로 가공하고, 또한 표면을 다이아몬드 가공하여 광택면으로 가공한 후, 상기 표면을 광학현미경으로 관찰하였다.The specimens prepared in the above examples were processed into a disk having a diameter of 10 mm and a height of 3 mm, and the surface was processed to a polished surface by diamond processing, and then the surface was observed with an optical microscope.

관찰한 결과, 도 3에 도시된 바와 같은 각 실시예(실시예 1:Fe10Mn, 실시예 2:Fe15Mn, 실시예 3:Fe20Mn, 실시예 4:Fe25Mn, 실시예 5:Fe30Mn, 실시예 6:Fe35Mn,에 대한 조직 사진을 얻었다. 상기 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 어두운 부분인 강자성 알파’마텐사이트, 밝은 부분은 상자성의 오스텐나이트 그리고 엡실론 마텐사이트로 구성되어 있음을 확인할 수 있었다.
As a result of observation, it was confirmed that each of Examples (Example 1: Fe10Mn, Example 2: Fe15Mn, Example 3: Fe20Mn, Example 4: Fe25Mn, Example 5: Fe30Mn, Example 6: Fe35Mn As shown in FIG. 3, it can be seen that the dark portion is composed of ferromagnetic alpha 'martensite and the bright portion is composed of paramagnetic austenite and epsilon martensite.

시험예Test Example 2(X선 분석) 2 (X-ray analysis)

상기 실시예들을 Cu Kα 방사선을 사용하 는 X선 회절 측정기로 시료에 존재하는 여러 위상의 구성과 양을 분석하였다. 상기 분석 결과를 도 4, 그리고 각 조직에 따른 분석결과를 도 5(알파' 마르텐사이트), 도 6( 감마 오스테나이트), 도 6 (입실론 마르텐사이트)에 각각 도시하였다. 상기 도면들에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각 실시예들은 강자성의 알파 마텐사이트, 상자성의 감마 오스텐나이트, 엡실론 마텐사이트로 구성되어 있으며, 망 간 함유량에 따라 각각의 위상의 종류와 분포가 영향을 받음을 알 수 있었다. 그리고 강자성의 알파 마텐사이트 위상은 Fe10Mn에서 가장 많으며, 망간 함유 량이 증가함에 따라 감소한다. 엡실론 위상은 Fe25Mn에서 최고치를 보이며, 감마 위상은 망간함유량의 증가에 따라 지속적으로 증가함을 확인할 수 있었으며, 전체적으로 자기감수성이 낮음을 확인할 수 있었다.
The above examples were analyzed by X-ray diffractometer using Cu Kα radiation and the composition and amount of various phases present in the sample. The results of the analysis are shown in Fig. 4, and the results of analysis according to each organization are shown in Fig. 5 (alpha 'martensite), Fig. 6 (gamma austenite) and Fig. 6 (epsilon martensite). As can be seen in the above figures, each embodiment is composed of ferromagnetic alpha martensite, paramagnetic gamma austenite, and epsilon martensite, and the type and distribution of each phase depend on the manganese content. I could see the reception. And the phase of ferromagnetic alpha martensite is highest in Fe10Mn and decreases with increasing manganese content. The epsilon phase showed the highest value at Fe25Mn, and the gamma phase was continuously increased with increasing manganese content. As a result, it was confirmed that the magnetic susceptibility was low overall.

시험예Test Example 3(경도시험) 3 (hardness test)

미세경도 측정기 (Shimadzu HMV-2T)를 사용하여Vickers 압입자로 1kgf 하중을 10초 동안 부하한뒤 10번 측정값을 평균하여 상기 실시예들의 경도를 시험하였다. 시험 결과를 도 8에 도시하였다. 상기 도 8에 도시된 바와 같이 전체적으로 스텐트에 필요한 경도 이상을 제공하고 있으며, 특히 실시예 4에서 가장 높은 경도를 나타냄을 확인하였다.
The hardness of the above examples was tested by loading a 1 kgf load with a Vickers indenter using a micro hardness tester (Shimadzu HMV-2T) for 10 seconds and then averaging the ten measurements. The test results are shown in Fig. As shown in FIG. 8, it was found that the hardness of the stent was higher than that of the stent, and the hardness was the highest in Example 4.

시험예Test Example 4(자기공명 촬영) 4 (magnetic resonance imaging)

직경 4mm, 길이 15mm의 봉상 시편을 고정 장치내에 고정시킨후 정적 자기장에 평행/수직 인 위치에 놓고, 3차원 SPGR의 축상/관상/시 상면의 자기공명영상을 촬영하였다. 이때 촬용 조건은 TE 3.3-8.9ms(minimum), TR 25.0ms, flip angle 20도, 256X256 픽셀, FOV 200mmX200 mm, 슬라이스 두께 2.4 mm, Bandwidth 15.63.이다.A rod-like specimen with a diameter of 4 mm and a length of 15 mm was fixed in a fixture and placed in a parallel / perpendicular position to a static magnetic field. Magnetic resonance images of the axial, tubular, and occipital planes of the three-dimensional SPGR were recorded. The filming conditions were TE 3.3-8.9ms (minimum), TR 25.0ms, flip angle 20 degrees, 256X256 pixels, FOV 200mmX200mm, slice thickness 2.4mm, and Bandwidth 15.63.

촬영된 영상을 도 9에 도시하였다. 상기 도 9에서 확인한 바와 같이, 실시예 3(Fe20Mn)에서 영상이 비교적 큰 인공물이 관찰되었고, 실시예 4 내지 6에서는 인공물의 크기가 망간의 함량에 따라 점점 감소함을 확인하였다.The photographed image is shown in Fig. As shown in FIG. 9, a relatively large artifact was observed in Example 3 (Fe20Mn), and in Examples 4 and 6, it was confirmed that the size of artifacts gradually decreased with the content of manganese.

따라서, 망간의 함량이 20중량% 내지 35중량%까지 실제 자기공명 방식에 적합함을 확인하였다.
Therefore, it was confirmed that the content of manganese is suitable to an actual magnetic resonance method from 20 wt% to 35 wt%.

시험예Test Example 5(세포 독성 시험) 5 (Cytotoxicity test)

식품의약품 안전청의 의료기기 생물학적 안전에 관한 공통기준규격에 따른 MTT assay를 시행하였다. 섬유아세포를 5% 이산화탄소가 함유된 37℃ 둘베코 이글 배양액 (DMEM)에서 배양한다. ISO 10993-12지침에 따라, 표면적과 추출 배양액 비가 1 cm2/ml인 혈청이 없는 DMEM 배양액에서, 5% 이산화탄소, 37℃ 환경에서 72 시간 동안 배양하여, 추출 배양액을 준비한다. 추출 배양액은 세포 독성 시험 이전에 4℃에 저장되며, 대조군은 DMEM 배양액만 사용한 군을 음의 대조군으로 정하고 10% 다이메틸 술포옥사이드를 포함한 DMEM 배양액을 양의 대조군으로 정한다. 각 종지당 100μl 배양액 당 5 ×103 세포가 들어갈 수 있는, 96개 종지로 이루어진 세포 배양 접시에 넣어 24시간동안 배양한다. 그 후 배양액을 100μl 추출 배양액으로 갈아준다. 1일, 2일, 그리고 4 일동안 5% 이산화탄소, 37 ?환경에서 96 개 종지 세포 배양 접시에서 세포를 배양한 뒤 광학현미경으로 관찰하였다. 그 후 각 종지에 MTT 10 μl를 첨가하여 37 ℃에서 4시간 동안 배양하였다. 100 μl 포르마잔 용해 용액 (10% 소디움 도데실 설페이트와 0.01 M HCl)을 각 종지에 첨가하고 10시간 이상 배양기에서 배양하였다. 630 nm를 참조 파장으로 하여, 570 nm파장의 microplate reader (Bio-Rad 680)로 실시예에 의하여 재조된 시료의 흡광도를 측정한다. 추출용액에 있는 이온들의 농도를 ICP-AES (Leeman, Profile)을 이용하여 측정한다. 또한, PH 7.4의 Hank 씨 용액을 매질로 하고, 각 실시예에 의해 제조된 시료, 백금전극, 포화된 제1수은전극을 각각 기능 전극, 보조전극, 참조전극으로 정해 시행한 전기화학적 측정에서 부식속도를 측정한다.
MTT assay was conducted according to the Korea Food & Drug Administration 's Common Criteria for Biological Safety of Medical Devices. Fibroblasts are cultured in 37 ° C Dulbecco's medium (DMEM) containing 5% carbon dioxide. According to the ISO 10993-12 guidelines, the culture medium is prepared by culturing in a serum-free DMEM culture medium having a surface area of 1 cm 2 / ml and an extraction culture ratio of 72% in a 5% carbon dioxide, 37 ° C environment. The extracted culture medium is stored at 4 ° C prior to the cytotoxicity test. For the control group, the DMEM medium containing only 10% dimethylsulfoxide is used as the positive control group. The cells are cultured for 24 hours in a 96-well cell culture dish which can contain 5 × 10 3 cells per 100 μl culture medium per each cadmium. Then, change the culture medium to 100 μl of the extract culture medium. Cells were cultured in 96 cell culture dishes in 5% CO2, 37? Environment for 1 day, 2 days, and 4 days, and then observed with an optical microscope. MTT 10 μl was added to each cadmium and incubated at 37 ° C for 4 hours. 100 μl of formazan solution (10% sodium dodecyl sulfate and 0.01 M HCl) was added to each cadmium and cultured in an incubator for 10 hours or more. Using 630 nm as a reference wavelength, the absorbance of the sample reconstituted by the example is measured with a microplate reader (Bio-Rad 680) at a wavelength of 570 nm. The concentration of ions in the extraction solution is measured using ICP-AES (Leeman, Profile). Further, in the electrochemical measurement using the Hank's solution of PH 7.4 as the medium and the sample prepared by each example, the platinum electrode, and the saturated first mercury electrode as the functional electrode, the auxiliary electrode, and the reference electrode, Measure the speed.

철-망간 2원합금의 세포독성시험 결과 해석은 생존율이 공시험액의 70%미만 (<70%)으로 감소되는 경우, 이는 잠재적으로 세포독성이 있는 것으로 판단하였다. 따라서, 시험 검체 용출물의 50%로 시험한 경우 용출물 100%로 시험한 것과 비교하여 생존율이 최소한 같거나 더 높아야 한다. 20 중량% 망간, 25중량%, 30중량% 망간으로 이루어진 철합금의 추출 배양액을 50%와 100% 농도로 구분하여 수행한 세포독성시험 결과를 도9에 도시하였다. 도9에서 확인한 바와 같이 50% 농도의 추출 배양액의 세포 생존율이 100% 추출 배양액의 생존율보다 높게 나와 결과를 신뢰할 수 있으며, 세포의 생존율이 1일, 2일, 4일 모두 70% 이상으로 확인되었다. 따라서, 철-망간 2원 합금은 세포에 독성이 없는 것으로 확인되었다.
The interpretation of the cytotoxicity test results of iron-manganese binary alloys was judged to be potentially cytotoxic if the survival rate was reduced to less than 70% (<70%) of the blank test solution. Therefore, when tested at 50% of the effluent of the test sample, the survival rate should be at least equal to or higher than that tested with 100% of the eluate. FIG. 9 shows the results of cytotoxicity tests conducted on 50% and 100% concentrations of an iron fermentate comprising 20% by weight of manganese, 25% by weight and 30% by weight of manganese. As shown in FIG. 9, the cell survival rate of the extract culture medium at a concentration of 50% was higher than that of the 100% extract culture medium, and the survival rate of the cells was more than 70% at 1 day, 2 days and 4 days . Therefore, it was confirmed that the iron-manganese binary alloy was not toxic to the cells.

상기의 시험예 1 내지 5를 통하여 본 발명에 따른 바이오 재료용 합금 조성물은 생체 적합성과, 적절한 기계적 경도 그리고 자기 공명 촬영을 통한 촬영이 가능하여 바이오 재료용 합금으로 적합하고, 특히 스텐트용의 재질로 적합하게 사용될 수 있음을 확인하였다.
Through the above Test Examples 1 to 5, the alloy composition for a biomaterial according to the present invention is suitable as an alloy for a biomaterial because it can be biocompatible, suitable in mechanical hardness and can be photographed by magnetic resonance imaging, It can be suitably used.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the technical spirit.

S1: 조성물 혼합 단계 S2: 용융 단계
S3: 주조 단계 S4: 소성 가공 단계
S5: 열처리 단계
S1: composition mixing step S2: melting step
S3: Casting step S4: Plastic forming step
S5: Heat treatment step

Claims (6)

삭제delete 인체에 삽입되어 구조물로 사용되는 바이오 재료용 합금 제조 방법에 있어서,
망간 20중량% 내지 35중량%와 나머지 철을 혼합하는 조성물 혼합 단계;
상기 조성물 혼합 단계의 혼합물을 가열하여 용융하는 용융 단계;
상기 용융 단계의 용융 합금을 금형에 투입하여 성형하는 주조 단계;
상기 성형 합금을 필요한 형상으로 가공하는 소성 가공 단계; 및
상기 소성 가공 단계에서 가공된 합금을 열처리하는 열처리 단계를 포함하되,
상기 용융 단계는 300 mbar압력 하의 아르곤 환경하의 진공 고주파 유도로에서 수행되며,
상기 소성 가공 단계는 800℃-1000℃로 소재를 가열한 후 특정 형상으로 가공하며,
자기공명 특성 향상을 위하여, 상기 열처리 단계는 700°C에서 10분의 풀림처리 후 600°C에서 10시간 숙성 처리하는 것을 특징으로 하는 바이오 재료용 합금 제조 방법.
1. A method for manufacturing an alloy for a biomaterial which is inserted into a human body and used as a structure,
A composition mixing step of mixing 20 wt% to 35 wt% of manganese and the balance iron;
A melting step of heating and melting the mixture of the composition mixing step;
A casting step of putting the molten alloy in the melting step into a metal mold for molding;
A plastic working step of processing the shaped alloy into a required shape; And
And a heat treatment step of heat-treating the alloy processed in the plastic working step,
The melting step is carried out in a vacuum high-frequency induction furnace under an argon atmosphere at a pressure of 300 mbar,
The plastic working step may be performed by heating the material to 800 ° C to 1000 ° C,
Wherein the annealing step comprises annealing at 700 ° C for 10 minutes followed by annealing at 600 ° C for 10 hours to improve magnetic resonance characteristics.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104694848A (en) * 2015-01-28 2015-06-10 燕山大学 Biodegradable quaternary iron-based alloy material and preparation method thereof
US20200291497A1 (en) * 2019-03-14 2020-09-17 Champ Tech Optical (Foshan) Corporation Method of making stainless steel

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050055080A1 (en) 2003-09-05 2005-03-10 Naim Istephanous Modulated stents and methods of making the stents
US20090198320A1 (en) * 2008-02-05 2009-08-06 Biotronik Vi Patent Ag Implant with a base body of a biocorrodible iron alloy
CN102776435A (en) 2011-05-13 2012-11-14 中国科学院金属研究所 Degradable Fe-Mn-C ternary iron alloy material and its application

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050055080A1 (en) 2003-09-05 2005-03-10 Naim Istephanous Modulated stents and methods of making the stents
US20090198320A1 (en) * 2008-02-05 2009-08-06 Biotronik Vi Patent Ag Implant with a base body of a biocorrodible iron alloy
CN102776435A (en) 2011-05-13 2012-11-14 中国科学院金属研究所 Degradable Fe-Mn-C ternary iron alloy material and its application

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104694848A (en) * 2015-01-28 2015-06-10 燕山大学 Biodegradable quaternary iron-based alloy material and preparation method thereof
US20200291497A1 (en) * 2019-03-14 2020-09-17 Champ Tech Optical (Foshan) Corporation Method of making stainless steel

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