RO131564A2 - Biocompatible alloys based on zirconium with controlled titanium addition - Google Patents
Biocompatible alloys based on zirconium with controlled titanium addition Download PDFInfo
- Publication number
- RO131564A2 RO131564A2 ROA201500420A RO201500420A RO131564A2 RO 131564 A2 RO131564 A2 RO 131564A2 RO A201500420 A ROA201500420 A RO A201500420A RO 201500420 A RO201500420 A RO 201500420A RO 131564 A2 RO131564 A2 RO 131564A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- alloys
- zirconium
- titanium
- melting
- biocompatible
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 7
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000004053 dental implant Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 19
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 10
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 7
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 7
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 4
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- PMTRSEDNJGMXLN-UHFFFAOYSA-N titanium zirconium Chemical compound [Ti].[Zr] PMTRSEDNJGMXLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910001040 Beta-titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020018 Nb Zr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011882 arthroplasty Methods 0.000 description 1
- 239000012237 artificial material Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 210000000748 cardiovascular system Anatomy 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000037406 food intake Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 210000003709 heart valve Anatomy 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000010814 metallic waste Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011205 postoperative examination Methods 0.000 description 1
- 229910002059 quaternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Prostheses (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Domeniul de aplicare a invenției.Invenția se referă la trei aliaje biocompatibile cu baza zirconiu destinate fabricării de produse implantabile temporare sau permanente utilizate în medicina umană și medicina veterinară. Aliajele sunt caracterizate prin compoziții chimice originale și proprietăți adecvate domeniului de aplicare a invenției. Aliajele pot fi utilizate, de exemplu, fie la fabricarea de șuruburi, plăcuțe de fixare etc., utilizate pentru fixarea temporară a fracturilor țesuturilor osoase (produse implantabile temporare, implanturi pentru osteosinteză), fie la fabricarea unor componente ale protezelor de articulație, implanturi dentare, produse de fixare permanentă a fracturilor țesuturilor etc. (produse implantabile permanente, artroplastie, implantologie dentară, ortopedie).FIELD OF THE INVENTION The invention relates to three biocompatible alloys with zirconium base for the manufacture of temporary or permanent implantable products used in human medicine and veterinary medicine. The alloys are characterized by original chemical compositions and properties appropriate to the scope of the invention. Alloys can be used, for example, either in the manufacture of screws, fixing plates, etc., used for temporary fixation of bone tissue fractures (temporary implantable products, implants for osteosynthesis), or in the manufacture of components of the joint prostheses, dental implants , products for permanent fixation of tissue fractures, etc. (permanent implantable products, arthroplasty, dental implantology, orthopedics).
Stadiul actual al tehnicii în domeniul obiectului invenției.Atât medicina umană cât șî medicina veterinară utilizează pentru tratarea unor afecțiuni dispozitive implantabile fabricate din materiale sau structuri materiale sintetizate pe cale fie naturală fie artificială. Materialele artificiale sunt anorganice (metalice, ceramice) și organice (polimeri), fiecare clasă fiind dedicată unor aplicații medicale specifice. Astfel, materialele metalice sunt utilizate cu precădere pentru dispozitive implantabile pentru înlocuirea permanentă sau susținerea temporară sau permanentă a țesuturilor osoase, țesuturi cu pronunțat rol structural și de transmitere a mișcării, sau dispozitive implantabile destinate sistemului cardiovascular (stenturi, valve cardiace, stimulatoare cardiace), în prezent, sunt utilizate următoarele clase de aliaje standardizate pentru fabricarea de dispozitive implantabile cu rol structural și de transmitere a mișcării: 1) oțel inoxidabil (ISO 5832-1, ISO 5832-9); 2) aliaje CoCrMo (ISO 5832-4, 5832-6,5832-7, 5832-8, 5832-12) și CoCrWNi (ISO 5832-5); 3) titanul nealiat (ISO 5832-2) și aliaje de titan (ISO 5832-3, 5832-11, 5832-14). Pe lângă aceste materiale metalice standardizate, există un număr relativ mare de aliaje de titan investigate științific (Geetha ^.a.,2009, Li ș.a., 2014), propuse pentru brevetare (RO127102 A2, RO128388 A2, RO129303 A2, WO1998043550 Al) sau brevetate (W02009145406 Al, US5169597 A, US8512486 B2, US8568540 B2) din perspectiva domeniului de aplicare a invenției. Aliajele de titan sunt de tip alpha+beta, metastabile beta sau beta, fiind caracterizate prin compoziții chimice formate din elemente netoxice (Ta, Nb, Mo, Zr etc.), modul de elasticitate cât mai apropiat de cel al structurii osoase, rezistență mecanică și rezistență la oboseală adecvate, rezistență la coroziune in vitro și in vivo, biocompatibiiitate. Principalul dezavantaj al aliajelor de titan cu utilizare medicală este uzura ridicată a suprafețelor de contact aflate în mișcare relativă, dezavantaj eliminat în prezent prin acoperiri ceramice ale componentelor metalice din aliaje de titan sau fabricarea componentelor supuse uzurii prin frecare ale dispozitivelor medicale din materiale ceramice, de exemplu oxidul de zirconiu (zirconia) (Geetha ș.a., 2009). Dintre sistemele de aliaje ale titanului investigate în scopul utilizării medicale un loc aparte îl ocupă sistemul binar Ti-Zr (Ikarashi Y. ș.a., 2005, GrandinThe present state of the art in the field of the object of the invention. Both human medicine and veterinary medicine use to treat implantable device disorders made from materials or material structures synthesized by either natural or artificial means. Artificial materials are inorganic (metallic, ceramic) and organic (polymers), each class being dedicated to specific medical applications. Thus, metallic materials are mainly used for implantable devices for permanent replacement or temporary or permanent support of bone tissues, tissues with a pronounced structural and movement transmission role, or implantable devices intended for the cardiovascular system (stents, cardiac valves, cardiac pacemakers), Currently, the following classes of standardized alloys are used for the manufacture of implantable devices with structural role and motion transmission: 1) stainless steel (ISO 5832-1, ISO 5832-9); 2) CoCrMo alloys (ISO 5832-4, 5832-6,5832-7, 5832-8, 5832-12) and CoCrWNi (ISO 5832-5); 3) titanium alloy (ISO 5832-2) and titanium alloys (ISO 5832-3, 5832-11, 5832-14). In addition to these standardized metal materials, there is a relatively large number of scientifically investigated titanium alloys (Geetha ^ .a., 2009, Li et al., 2014), proposed for patenting (RO127102 A2, RO128388 A2, RO129303 A2, WO1998043550 Al) or patented (W02009145406 Al, US5169597 A, US8512486 B2, US8568540 B2) from the perspective of the scope of the invention. Titanium alloys are of the alpha + beta type, metastable beta or beta, being characterized by chemical compositions consisting of non-toxic elements (Ta, Nb, Mo, Zr, etc.), the elasticity mode as close to that of the bone structure, mechanical resistance and adequate fatigue resistance, in vitro and in vivo corrosion resistance, biocompatibility. The main disadvantage of titanium alloys for medical use is the high wear and tear of the contact surfaces in relative motion, a disadvantage that is currently eliminated by ceramic coatings of titanium alloy metal components or the fabrication of components subjected to friction wear by medical devices made of ceramic materials. for example, zirconium oxide (zirconia) (Geetha et al., 2009). Among the titanium alloy systems investigated for medical use, a special place is occupied by the Ti-Zr binary system (Ikarashi Y. et al., 2005, Grandin
H.M. ș.a., 2012, US 8168012 B2), sistemul ternar Ti-Nb-Zr (Song X.P. ș.a., 2012) și sistemele cuatemare Ti-Nb-Zr-Ta (Samoil S. ș.a, 2008, Nag S. ș.a., 2009) și Ti-Nb-Mo-Zr (Goîosova O.A. ș.a., 2011).H.M. et al., 2012, US 8168012 B2), the ternary Ti-Nb-Zr system (Song XP et al., 2012) and the Ti-Nb-Zr-Ta quaternary systems (Samoil S. et al., 2008, Nag S. et al., 2009) and Ti-Nb-Mo-Zr (Goîosova OA et al., 2011).
Succesul pe termen lung al dispozitivelor implantabile pentru aplicații ortopedice permanente este dependent de capacitatea suprafețelor implantului de sunt în contact cu țesutul osos de a favoriza procesul de osteointegrare (Geetha ș.a., 2009). Spre deosebire de acestea, în cazul dispozitivelor implantabile pentru aplicații ortopedice temporare, întrucât după o anumita perioadă de timp acestea trebuie extrase din țesutul osos, este de dorit ca acest proces de The long-term success of implantable devices for permanent orthopedic applications is dependent on the ability of the implant surfaces to be in contact with the bone tissue to promote the process of osteointegration (Geetha et al., 2009). In contrast, in the case of implantable devices for temporary orthopedic applications, since after a certain period of time they need to be extracted from the bone tissue, it is desirable that this process of
A ‘ t o 15 - - O m 2 o -.A 't o 15 - - O m 2 o -.
9 9 -06-2015 9 9 -06-2015
osteointegrare să fie inhibat sau inexistent pentru a favoriza extragerea implantului. Titanul, datorită oxidului superficial și interacțiunii chimice a acestuia cu fluidele organismului uman are capacitatea de a favoriza procesul de osteointegrare (Kobayashi E. ș.a., 2007, Geetha ș.a., 2009). Zirconiul, spre deosebire de titan, favorizează încetinirea sau inhibarea procesului de osteointegrare (Kobayashi E. ș.a., 2007, Zhao X. ș.a., 2011). Din considerentele arătate rezultă unul din avantajele sistemului de aliaje Ti-Zr, care poate asigura aliaje cu compoziții chimice proiectate așa încât materialul rezultat să poată fi utilizat la fabricarea unor dispozitive implantabile cu durată de utilizare diferită. Titanul și zirconiul sunt metale cu structuri cristaline similare, iar sistemul binar Zr-Ti este caracterizat printr-o diagramă de fază izomorfa cu o serie continuă de soluții solide (Lo Y.C. ș.a., 2008, Zhao X. ș.a., 2011). Susceptibilitatea magnetică a zîrconiului este mai mică decât cea a titanului, așa încât aliajele din sistemul Ti-Zr cu un conținut adecvat de zirconiu au avantajul de a îmbunătăți imaginile obținute prin rezonanță magnetică, metodă de investigație extrem de utilă în examinarea post-operatorie a pacienților cu dispozitive implantabile (Suyalatu ș.a., 2010, Suyalatu ș.a., 2011).osteointegration should be inhibited or non-existent to favor implant extraction. Titanium, due to its superficial oxide and its chemical interaction with the fluids of the human body, has the capacity to promote the process of osteointegration (Kobayashi E. et al., 2007, Geetha et al., 2009). Zirconia, unlike titanium, favors slowing or inhibiting the process of osteointegration (Kobayashi E. et al., 2007, Zhao X. et al., 2011). One of the advantages of the Ti-Zr alloy system, which can provide alloys with chemical compositions designed so that the resulting material can be used in the manufacture of implantable devices with different durations, results from the considerations shown. Titanium and zirconium are metals with similar crystalline structures, and the Zr-Ti binary system is characterized by an isomorphic phase diagram with a continuous series of solid solutions (Lo YC et al., 2008, Zhao X. et al., 2011). The magnetic susceptibility of the zirconia is lower than that of the titanium, so alloys in the Ti-Zr system with an appropriate zirconium content have the advantage of improving the images obtained by magnetic resonance, a very useful investigation method in the post-operative examination of patients. with implantable devices (Suyalatu et al., 2010, Suyalatu et al., 2011).
Până în prezent au fost studiate câteva aliaje binare (Oliviera N.T.C. ș.a., 2005, Notnura N. ș.a., 2009, Hsu H.C. ș.a., 2009, Suyalatu ș.a., 2010) respectiv ternare (Nie L. ș.a., 2014, Nie L., 2014) cu baza zirconiu destinate fabricării de dispozitive structurale implantabile. De asemenea, au fost solicitate două brevete de invenție, unul pentru un aliaj Zr-Nb-(Sn,Al) (WO2014034574 Al), iar al doilea pentru un aliaj superelastic Zr-Ti-Nb-(Sn,Al). Autorii acestor două cereri de brevete de invenție consideră că aliajele cu compozițiile chimice revendicate asigură un modul de elasticitate scăzut (50-70 GPa respectiv 38-49 GPa), o susceptibilitate magnetică redusă, rezistență la coroziune adecvată, biocompatibilitate. Un număr de cereri de brevete de invenție au în vedere metode de oxidate superficială a aliajelor de zirconiu (EP 1789602 A2, EP 1670397 Al, EP 1409760 Al), iar câteva brevete de invenție se referă la componente implantabile din zirconiu cu suprafață oxidată (EP 1030696 Bl), dispozitive protetice din zirconiu și aliaje de zirconiu cu suprafețe oxidate (EP1395299 Bl, EP1670397 Bl), metodă de oxidare superficială a aliajelor de zirconiu (EP 1409760 Al). Oxidarea superficială a zîrconiului și aliajelor de zirconiu are scopul de a îmbunătăți comportarea la uzare prin frecare. Oxidarea superficială a fost aplicată aliajului Zr-2.5 Nb (procente masice) obținându-se creșteri evidente ale rezistenței la uzare a suprafețelor componentelor protezelor de articulație cu suprafețe de contact în mișcare relativă.So far, several binary alloys have been studied (Oliviera NTC et al., 2005, Notnura N. et al., 2009, Hsu HC et al., 2009, Suyalatu et al., 2010) respectively ternation (Nie L. et al., 2014, Nie L., 2014) based on zirconium for the manufacture of implantable structural devices. Also, two patents have been applied, one for a Zr-Nb- (Sn, Al) alloy (WO2014034574 Al), and the second for a Zr-Ti-Nb- (Sn, Al) superelastic alloy. The authors of these two patent applications consider that the alloys with the claimed chemical compositions provide a low modulus of elasticity (50-70 GPa respectively 38-49 GPa), a reduced magnetic susceptibility, adequate corrosion resistance, biocompatibility. A number of patent applications concern methods of surface oxidation of zirconium alloys (EP 1789602 A2, EP 1670397 Al, EP 1409760 Al), and several patents of the invention refer to implantable components of oxidized surface zirconium (EP 1030696 Bl), zirconium prosthetic devices and zirconium alloys with oxidized surfaces (EP1395299 Bl, EP1670397 Bl), surface oxidation method of zirconium alloys (EP 1409760 Al). Superficial oxidation of zirconium and zirconium alloys aims to improve wear behavior by rubbing. The surface oxidation was applied to the Zr-2.5 Nb alloy (mass percentages) obtaining obvious increases in the wear resistance of the surfaces of the components of the joint prostheses with contact surfaces in relative motion.
Prezentarea scopului invenției.Scopul invenției este de a îmbunătăți proprietățile aliajelor de zirconiu utilizate la fabricarea de dispozitive implantabile temporare sau permanente prin alegerea unor compoziții chimice adecvate din sistemul binar de aliaje Zr-Ti. Un obiectiv al invenției este de a proiecta aliaje de zirconiu cu proprietăți specifice domeniului de utilizare, proprietăți ce sunt controlabile prin adaosul de titan, un alt obiectiv este de a asigura aliaje de zirconiu ce pot fi oxidate superficial în scopul creșterii rezistenței la uzură, iar un alt obiectiv este de a obține post operatoriu prin rezonanță magnetică imagini de calitate îmbunătățită ale dispozitivelor implantabile.Presentation of the scope of the invention. The purpose of the invention is to improve the properties of zirconium alloys used in the manufacture of temporary or permanent implantable devices by choosing suitable chemical compositions from the binary system of Zr-Ti alloys. It is an object of the invention to design zirconium alloys with properties specific to the field of use, properties that are controllable by the addition of titanium, another object is to provide zirconium alloys that can be superficially oxidized for the purpose of increasing wear resistance, and another objective is to obtain post-operative magnetic resonance imaging of the implantable devices through magnetic resonance imaging.
Expunerea invenției.Problema pe care o rezolvă invenția este de sintetiza prin metode cunoscute aliaje din sistemul binar Zr-Ti dedicate domeniului medical, care prin conținutul diferit de titan din compoziția chimică să corespundă unui anumit tip de aplicație medicală cu funcție structurală.Exposure of the invention. The problem solved by the invention is to synthesize by known methods alloys from the Zr-Ti binary system dedicated to the medical field, which by the different titanium content of the chemical composition correspond to a certain type of medical application with a structural function.
Zirconiul este un metal tranzițional din grupa a IVB, număr atomic 40, masă atomică 91.224 și densitate de 6,52 g/cm3. Zirconiul are o transformare alotropică la temperatura de 863 °C, când faza stabilă la temperatură joasă ce are o structură cristalină hexagonal compactă (faza alfa) se transformă în faza stabilă la temperatură ridicată ce are o structură cristalină cub cu volum centrat (faza beta) (Schnell I ș.a., 2006). Zirconiul are un modul de elasticitate longitudinal cu o valoare moderată (88 GPa) ceea ce poate constitui un avantaj pentru aplicațiile structurale din ^-- 2 0 1 5 -- 0 0 4 2 0 -.Zirconium is a transition metal in the IVB group, atomic number 40, atomic mass 91.224 and density 6.52 g / cm 3 . The zircon has an allotropic transformation at 863 ° C, when the low temperature stable phase having a compact hexagonal crystalline structure (alpha phase) turns into the high temperature stable phase which has a cubic crystalline structure with centered volume (beta phase). (Schnell I et al., 2006). The zirconium has a modulus of longitudinal elasticity with a moderate value (88 GPa) which can be an advantage for the structural applications from ^ - 2 0 1 5 - 0 0 4 2 0 -.
9 -06-2015 domeniul medical. Zirconiul are o rezistență la coroziune apreciabilă în soluții alcaline, acide etc. (Lide D. R., ed., 2007-2008), rezistență datorată stratului superficial de dioxid de zirconiu format în mod spontan în aer.), dar se dizolvă în acid clorhidric și acid sulfuric, mai ales în prezența fluorului (Considine G.D., ed., 2005). Zirconiul este non-feromagnetic (paramagnetic) ceea ce permite ea pacienții cu implanturi din materiale pe bază de zirconiu să poată fi examinați postoperator prin rezonanță magnetică. Imaginile obținute prin rezonanță magnetică, în cazul materialelor pe bază de zirconiu, au o calitate mai bună în raport cu imaginile obținute în cazul materialelor pe bază de titan, datorită susceptibilității mai mici a zirconiului (1,3x10 cm3g'’) în raport cu cea a titanului (3,2x10 cm’g1) (Nomura N. ș.a, 2009). Dioxidul de zirconiu, cunoscut sub denumirea de zirconia este utilizat ca material în diverse aplicații medicale structurale, fiind caracterizat printre altele de rezistență ridicată la uzură prin frecare.9 -06-2015 medical field. The zirconium has a significant corrosion resistance in alkaline, acidic solutions, etc. (Lide DR, ed., 2007-2008), resistance due to the superficial layer of zirconium dioxide formed spontaneously in air.), But dissolves in hydrochloric acid and sulfuric acid, especially in the presence of fluorine (Considine GD, ed. , 2005). The zirconium is non-ferromagnetic (paramagnetic) which allows patients with implants made of zirconium materials to be examined postoperatively by magnetic resonance imaging. The images obtained by magnetic resonance, in the case of the zirconium-based materials, have a better quality compared to the images obtained in the case of the titanium-based materials, due to the lower susceptibility of the zirconium (1.3x10 cm 3 g '') to the ratio with that of the titanium (3.2x10 cm'g 1 ) (Nomura N. et al., 2009). Zirconium dioxide, known as zirconia, is used as a material in various structural medical applications, being characterized among others by high wear resistance by rubbing.
Titanul este un metal tranzițional din grupa IVB, număr atomic 22 și masa atomică 47.867 și densitate de 4,506 g/cm3, fiind inclus în categoria metalelor ușoare. Titanul are două forme alotropice, alfa titan ce are o structură hexagonal compactă, stabilă la temperaturi mai miei decât temperatura de tranziție de 882 °C, și beta titan ce are o structură cub cu volum centrat, stabilă la temperaturi peste temperatura transformării alotropice. Datorită valorii mari a raportului rezistența mecanică/densitate este adecvat aplicațiilor structurale, iar valoarea moderată a modului de elasticitate longitudinal (eca 116 GPa) constituie un avantaj pentru aplicațiile din domeniul medical ortopedie. Titanul se oxidează în mod spontan în aer, pe suprafața sa formându-se un strat compact și aderent de dioxid de titan eu o grosime de câțiva nanometri. Acest strat de oxid îi asigură titanului o excelentă rezistență la coroziune în medii electrolitice eum ar fi soluțiile diluate de acid sulfuric sau clorhidric, apa de mare, soluții cloriee și majoritatea acizilor organici (Lide D. R„ ed., 2005). în schimb rezistența sa la coroziune scade în soluțiile concentrate de acizi (Casillas N. ș.a., 1994). în contact cu fluidele organismului uman, are loc un proces de creștere a grosimii stratului de oxid, formarea superficială a unui hidroxid și încorporarea unor atomi de Ca și P care contribuie la osteointegrarea implanturilor de titan în țesutul osos. îmbunătățirea proprietăților mecanice, a rezistenței la coroziune și a biocompatibilității este posibilă prin alierea cu elementele cunoscute ca fiind netoxice cum ar fi Nb, Zr, Ta, Mo, Sn, ce au ca efect stabilizarea fazei beta a titanului la temperatura camerei, precum și cu elemente ca Fe, Cr, Mn cu rol de durificare prin formarea de faze secundare. Deoarece titanul este non-feromagnetic (paramagnetic), pacienții cu implanturi din titan și aliaje de titan pot fi examinați post-operator prin rezonanță magnetică. Din perspectiva utilizării ea materiale pentru componente ce au suprafețe în contact șî mișcare relativă, titanul și aliajele sale au o rezistență redusă la uzare, în special prin frecare.Titanium is a transition metal from the IVB group, atomic number 22 and atomic mass 47,867 and density of 4,506 g / cm 3 , being included in the light metals category. Titanium has two allotropic forms, alpha titanium having a compact hexagonal structure, stable at temperatures higher than the transition temperature of 882 ° C, and beta titanium having a cubic structure with centered volume, stable at temperatures above the temperature of allotropic transformation. Due to the high value of the mechanical strength / density ratio it is suitable for structural applications, and the moderate value of the longitudinal elasticity mode (approx. 116 GPa) is an advantage for the orthopedic medical applications. The titanium spontaneously oxidizes in the air, on its surface forming a compact and adherent layer of titanium dioxide I a few nanometers thick. This layer of oxide provides titanium with excellent corrosion resistance in eum electrolytic media such as dilute solutions of sulfuric or hydrochloric acid, seawater, chlorine solutions and most organic acids (Lide D. R „ed., 2005). in contrast, its corrosion resistance decreases in concentrated acid solutions (Casillas N. et al., 1994). In contact with the fluids of the human body, a process of increasing the thickness of the oxide layer takes place, the superficial formation of a hydroxide and the incorporation of Ca and P atoms that contribute to the osseointegration of the titanium implants in the bone tissue. improvement of mechanical properties, corrosion resistance and biocompatibility is possible by alloying with elements known to be non-toxic such as Nb, Zr, Ta, Mo, Sn, which have the effect of stabilizing the beta phase of titanium at room temperature, as well as with elements such as Fe, Cr, Mn with the role of hardening by the formation of secondary phases. Because titanium is non-ferromagnetic (paramagnetic), patients with titanium implants and titanium alloys can be examined post-operatively by magnetic resonance imaging. From the perspective of using it materials for components that have surfaces in contact and relative motion, the titanium and its alloys have a low wear resistance, especially by rubbing.
întrucât stările structurale și domeniile de temperatură în care sunt stabile cele două forme alotropice sunt similare, aliajele din sistemul binar Zr-Ti (procente de masă cuprinse în intervalul (0-50) pentru titan) sunt caracterizate din punct de vedere structural printr-o serie continuă de soluții solide și o transformare de fază a cărei temperatură variază de la 863 °C (0,0 % at. Ti sau 0,0 % mas. Ti) până la 605 °C (50,0 % at. Ti sau 34,4 % mas. Ti) (Okamoto H, 1995). întrucât ambele metale se oxidează spontan în aer, este de așteptat ea și în cazul aliajelor din sistemul ZrTi să existe în mod spontan un strat de oxid superficial. Atât comportarea la coroziune cât și procesul de osteointegrare ulterior implantării în țesutul osos depind, pe lângă alți factori, de modificările fizico-chimice ale oxidului superficial, în urma contactului cu fluidele biologice, la suprafața dispozitivelor implantabiie, atât in vivo cât și in vitro, au loc o succesiune de procese fizico-chimice care determină modificări dimensionale, structurale și compoziționale ale straturilor superficiale.Since the structural states and temperature domains in which the two allotropic forms are stable are similar, the alloys in the Zr-Ti binary system (mass percentages in the range (0-50) for titanium) are structurally characterized by continuous series of solid solutions and a phase transformation whose temperature ranges from 863 ° C (0.0% at. Ti or 0.0% at. Ti) to 605 ° C (50.0% at. Ti or 34.4% mass. Small) (Okamoto H, 1995). Since both metals spontaneously oxidize in air, it is expected that in the case of alloys in the ZrTi system there will be a surface oxide layer spontaneously. Both the corrosion behavior and the process of osteointegration after implantation in the bone tissue depend, besides other factors, on the physico-chemical modifications of the surface oxide, following the contact with the biological fluids, on the surface of the implant devices, both in vivo and in vitro, there is a succession of physico-chemical processes that determine dimensional, structural and compositional changes of the surface layers.
în acest context, după imersarea în fluide biologice a unor epruvete din aliajele Ti-Zr ce au compozițiile chimice, Ti de puritate tehnică, Ti-25 % mas. Zr, Ti-50 % mas. Zr, Ti- 60 % mas. ZrIn this context, after immersion in biological fluids of specimens of Ti-Zr alloys having chemical compositions, Ti of technical purity, Ti-25% mas. Zr, Ti-50% mass. Zr, Ti- 60% mass. Zr
ML •2015-- OOUQ-,ML • 2015-- WHERE-,
19-00-2015 și Ti- 74 % mas. Zr, Zr de puritate tehnică, s-au observat următoarele: 1) raportul dintre Ti și Zr în stratul de oxid este similar cu cel din materialul de bază, 2) în cazul Ti și aliajului Ti-25% mas. Zr în stratul de oxid au fost încorporați ioni de Ca și P, pentru celelalte materiale cantitatea de Ca încorporat descrescând odată cu creșterea conținutului de zirconiu, 3) grosimea stratului de oxid a crescut odată cu creșterea conținutului de Zr, 4) starea chimică a Zr a fost mai stabilă decât cea a Ti în cazul stratului de oxid (Hanawa T. ș.a., 1992, Hanawa T ș.a., 2002).19-00-2015 and Ti- 74% mas. Zr, Zr of technical purity, the following were observed: 1) the ratio between Ti and Zr in the oxide layer is similar to that in the base material, 2) in the case of Ti and Ti-25% mass alloy. Zr in the oxide layer were incorporated Ca and P ions, for the other materials the amount of Ca incorporated, decreasing with the increase of the zirconia content, 3) the thickness of the oxide layer increased with the increase of the Zr content, 4) the chemical state of Zr it was more stable than Ti in the case of the oxide layer (Hanawa T. et al., 1992, Hanawa T. et al., 2002).
în urma efectuării unor teste de coroziune electrochimică în medii biologice simulate s-au observat următoarele: 1) stratul de oxid este format dintr-un amestec de T1O2 și Z1O2, 2) susceptibilitatea la coroziune localizată scade odată cu creșterea conținutului de Ti, 3) oxidarea termică crește rezistența la coroziune a tuturor aliajelor investigate, 4) toate aliajele investigate în condiții fiziologic normale de pH și temperatură au o rezistență la coroziune adecvată (Chelariu R. ș.a., 2012, Bolat G. ș.a., 2013, Bolat G. ș.a., 2013, Mareei D., 2013, Mareei D., 2013). în urma celor descrise, sunt propuse trei aliaje din sistemul Zr-Ti pentru fabricarea unor dispozitive implantabile structurale ce au compoziții chimice originale. Noutatea în ce privește compozițiile chimice propuse, care fac obiectul brevetului de invenție, constă în conținutul de Ti, în procente de masă, din aliajele Zr-Ti, și anume: aliaj 1) 5 % mas. Ti, 95 % mas. Zr; aliaj 2) 25 % mas. Ti, 75 % Zr; 3) 45 % mas. Ti, 55 % mas. Zr.following electrochemical corrosion tests in simulated biological environments, the following were observed: 1) the oxide layer is composed of a mixture of T1O2 and Z1O2, 2) the susceptibility to localized corrosion decreases with increasing Ti content, 3) thermal oxidation increases the corrosion resistance of all investigated alloys, 4) all alloys investigated under normal physiological conditions of pH and temperature have adequate corrosion resistance (Chelariu R. et al., 2012, Bolat G. et al., 2013 , Bolat G. et al., 2013, Mareei D., 2013, Mareei D., 2013). Following the described, three alloys from the Zr-Ti system are proposed for the manufacture of structural implantable devices having original chemical compositions. The novelty regarding the proposed chemical compositions, which are the subject of the patent, consists in the content of Ti, in mass percentages, of the Zr-Ti alloys, namely: alloy 1) 5% mass. Small, 95% mass. Zr; others 2) 25% mass. Small, 75% Zr; 3) 45% mass. Small, 55% mass. Zr.
Avantajele rezultate din aplicarea invenției-Invenția prezintă următoarele avantaje:The advantages resulting from the application of the invention-the invention have the following advantages:
• Obținerea a trei aliaje biocompatibile, ca urmare a compozițiilor chimice formate din elemente cunoscute ca fiind biocompatibile * Obținerea unor aliaje cu aplicații medicale structurale dedicate prin controlul conținutului de titan.• Obtaining three biocompatible alloys, as a result of chemical compositions made of elements known as biocompatible * Obtaining alloys with dedicated medical structural applications through the control of titanium content.
• Obținerea unor aliaje cu compoziții chimice ce permit creșterea performanțelor de utilizare prin tratamente termochimice de suprafață.• Obtaining some alloys with chemical compositions that allow to increase the performances of use by surface thermochemical treatments.
Prezentarea schemei din fîgură.Procedeul de sinteză a aliajelor propuse pentru brevetare, este acela de topire - retopire a metalelor în cuptor de topire cu flux de electroni în vid, procedeu ce asigură obținerea unui aliaj cu compoziție strict controlată. Topirea în vid înaintat, exclude impurîficarea aliajelor cu gaze, metalele care intră în compoziția aliajelor, zirconiul și titanul fiind foarte reactive la temperatura la care are loc topirea. Cererea de brevet de invenție conține o schema cu etapele procedeului de sinteză a aliajelor pe bază de zirconiu cu conținut de titan, prezentată în Figura 1.Presentation of the diagram in the figure. The synthesis process of the proposed alloys for patenting, is that of melting - re-melting the metals in a melting furnace with a flow of electrons in vacuum, a process that ensures the obtaining of an alloy with a strictly controlled composition. Melting in high vacuum excludes impurities of gas alloys, metals entering the composition of alloys, zirconium and titanium being highly reactive to the temperature at which the melting occurs. The patent application contains a diagram with the steps of the process of synthesis of titanium-based zirconium alloys, shown in Figure 1.
In continuare sunt aduse unele precizări privind procedeul de obținere a aliajelor care fac obiectul acestei documentații.Following are some details about the process of obtaining the alloys that are the subject of this documentation.
Analizând proprietățile fizice si chimice ale elementelor care compun aliajele, Zr și Ti, interacțiunea dintre ele și interacțiunea lor cu gazele din atmosfera, au fost evidențiate următoarele:Analyzing the physical and chemical properties of the elements that make up the alloys, Zr and Ti, the interaction between them and their interaction with the gases in the atmosphere, the following were highlighted:
• zirconiul, titanul, sunt metale foarte reactive, gazele - oxigenul, hidrogenul, azotul, reacționând cu ele și influențând caracteristicile mecanice, atât ca impurități cit si ca elemente de microaliere sau aliere;• Zirconia, titanium, are very reactive metals, gases - oxygen, hydrogen, nitrogen, reacting with them and influencing the mechanical characteristics, both as impurities and as micro or alloying elements;
• zirconiul și titanul au temperaturi de topire relativ apropiate, fiind total miscibile pe întreg intervalul de concentrații, după solidificare formând soluții solide.• Zirconia and titanium have relatively close melting temperatures, being totally miscible throughout the concentration range, after solidification forming solid solutions.
Prezentarea in detaliu a unui mod de realizare a invenției revendicatc.în continuare se descrie un mod de realizare a invenției.Detailed description of an embodiment of the invention claimed in the following is described in an embodiment of the invention.
Echipamentul de lucru.Elaborarea aliajelor cu baza de zirconiu, s-a realizat intr-un cuptor de topire in vid cu flux de electroni având următoarele caracteristici tehnice. Cuptorul multi-camera cu flux de electroni EMO 80, a fost construit in 1987, de către Uzinele electrotehnice pentru construcții de locomotive „Hans Beimler” din Hennigsdorf, RDG. Cuptorul EMO 80, este un cuptor de topire, aliere și turnare în vid. Este echipat cu un tun cu electroni cu o putere de 80 deThe work equipment. The elaboration of the zirconia based alloys was carried out in a vacuum melting furnace with electron flow having the following technical characteristics. The EMO 80 electron flow multi-chamber furnace was built in 1987 by the "Hans Beimler" locomotive electrical plants in Hennigsdorf, RDG. The EMO 80 oven is a melting, alloying and vacuum casting furnace. It is equipped with an electron gun with a power of 80
--2015-- 0042019-16-208 kW, cu construcție multi-camera, fapt ce determina și denumirea cuptorului. Principiul multicameral aplicat permite desfășurarea procesului de topire în domeniul de presiune de IO2 torr (1,33 Pa). în general, vidul de topire se situează la IO4 - IO'5 tori (1,33* IO'2 până la 1,33*IO'3 Pa).--2015-- 0042019-16-208 kW, with multi-chamber construction, which also determines the name of the oven. The applied multicameral principle allows the melting process to be carried out in the pressure range of IO 2 torr (1.33 Pa). In general, the melting vacuum is at IO 4 - IO ' 5 tori (1.33 * IO' 2 to 1.33 * IO ' 3 Pa).
Datorită aplicării principiului de construcție din subansamble tipizate, instalația poate răspunde unor exigențe multiple, fiind indicată în special pentru utilizarea in laborator.Due to the application of the construction principle from standardized subassemblies, the installation can meet multiple requirements, being especially indicated for use in the laboratory.
Cuptorul multicameral cu fascicul de electroni EMO 80 este format din :The EMO 80 electron beam is composed of:
• tunul de electroni;• electron gun;
• recipient (camera de vid sau de topire);• container (vacuum or melting chamber);
• suport;• support;
• platforma de lucru;• working platform;
• instalație de vid pentru recipient;• vacuum installation for the container;
• instalație de vid pentru tunul cu electroni;• vacuum installation for the electron gun;
• sistemul de control pentru apa de răcire;• control system for cooling water;
• instalația de șarjare, două stânga dreapta, și sistem de șarjare material granulat;• the loading system, two left-hand, and a granulated material loading system;
• instalația de extragere a lingoului;• ingot extraction plant;
• vizor 80*30;• 80 * 30 viewfinder;
• sisteme de reglare, măsură și control ai parametrilor de funcționare.• systems for regulating, measuring and controlling the operating parameters.
Parametrii de funcționare principali • tensiunea de legătură 3x380 V 10% TN-S, rețea 50 Hz +/- 1Hz;Main operating parameters • 3x380 V connection voltage 10% TN-S, 50 Hz +/- 1Hz network;
• putere instalată 135 kW;• installed power 135 kW;
• putere nominală 80 kW;• rated power 80 kW;
• domeniul de reglare al puterii tunului fasciculului de electroni 5-80 kW reglare continuă;• range of electron beam tuning power range 5-80 kW continuous adjustment;
• tensiunea de accelerare 30 kV c.c., reglare continuă;• the acceleration voltage 30 kV DC, continuous adjustment;
• curent fascicul 2,67 A;• beam current 2.67 A;
• tensiunea de comandă 220 V, 50 Hz;• control voltage 220 V, 50 Hz;
• tensiune auxiliară 20 V, 50 Hz.• auxiliary voltage 20 V, 50 Hz.
Caracteristicile materialului introdus la topire • lungime electrozi max. 1000 mm.;Characteristics of the material introduced at the melting • electrode length max. 1000 mm .;
• lungime rest electrod (partea de prindere) aprox. 100 mm.;• electrode rest length (clamping part) approx. 100 mm .;
• secțiune max. Φ 100 mm., sau poligon circumscris;• max. Section Φ 100 mm., Or circumscribed polygon;
• viteza de avans 1 0,85 - 10 mm./min., II 8,5 - 100 mm/min;• feed rate 1 0.85 - 10 mm / min, II 8.5 - 100 mm / min;
Caracteristicile materialului topit • lungimea lingoului max. 800 mm;Characteristics of the molten material • ingot length max. 800 mm;
• secțiunea lingoului Φ 25 - 150 mm;• ingot section Φ 25 - 150 mm;
• viteza de extragere lingou I 0,85 - 10 mm/min, II 8,5 - 100 mm/min.• ingestion rate I 0.85 - 10 mm / min, II 8.5 - 100 mm / min.
Caracteristicile de vid • vid de topire 1 Pa - 5*10'3 Pa (8*10'3 4*105 Torr ), în funcție de viteza de topire și conținutul de gaze din materialul supus topirii;Vacuum characteristics • Melting vacuum 1 Pa - 5 * 10 ' 3 Pa (8 * 10' 3 4 * 10 5 Torr), depending on the melting speed and the gas content of the material subject to melting;
• capacitatea de aspirație a pompelor de vid înalt• suction capacity of high vacuum pumps
1. recipient (camera de topire) 8000 1/s1. container (melting chamber) 8000 1 / s
2. tun cu electroni 2*1000 1/s2. cannon with electrons 2 * 1000 1 / s
3. rata de scurgere recipient 1,3* 10'1 Pa*l/s3. container leakage rate 1.3 * 10 ' 1 Pa * l / s
4. camera de generare a fascicolului 8*IO'2 Pa*l/s.4. 8 * IO ' 2 Pa * l / s beam generation chamber.
Fluxul tehnologicF\\xxu\ tehnologic de elaborare a aliajelor Zr-Ti, în cuptor de topire în vid, cu flux de electroni, prezentat în Figurai, cuprinde următoarele operații;The technological flux F \\ xxu \ technological elaboration of the Zr-Ti alloys, in vacuum melting furnace, with electron flow, shown in Figurei, comprises the following operations;
tiyou
1115 -- t j 4 2 Ο ,1115 - t j 4 2 Ο,
9 -06-20159 -06-2015
Pregătirea materiilor primePreparation of raw materials
Descrierea materiilor prime.La elaborarea aliajelor Zr 5Ti,Zr 25Ti, Zr 45Ti s-au folosit următoarele materii prime:Description of raw materials. The following raw materials were used in the elaboration of Zr 5Ti, Zr 25Ti, Zr 45Ti alloys:
1. sârmă de titan, cu diametrul de 3.25 mm.;1. titanium wire, 3.25 mm in diameter;
2. zirconiu metalic, deșeuri tablă;2. Zirconium metal, sheet metal waste;
Pregătirea materiilor prime a avut ca obiectiv mărunțirea zirconiului și titanului (s-au debitat fâșii din tabla de zirconiu cu dimensiunile 0,5 x 20 x 40-50 mm, sârma de titan a fost debitată în segmente de 700 mm).The preparation of the raw materials had as an objective the cutting of zirconia and titanium (strips of zirconium sheet with dimensions 0.5 x 20 x 40-50 mm were cut, titanium wire was cut in 700 mm segments).
Materialele astfel mărunțite au fost degresate cu un solvent organic (acetona), și apoi decapate cu un amestec de soluție de acid sulfuric (25 g/l) si acid fluorhidric (5 g/l). Mărunțirea s-a făcut manual, folosind dalta, ciocanul și o foarfecă de tăiat tabla.The materials thus minced were degreased with an organic solvent (acetone), and then pickled with a mixture of sulfuric acid solution (25 g / l) and hydrofluoric acid (5 g / l). The milling was done manually, using the chisel, the hammer and a scissors to cut the board.
Decaparea a fost urmată de o spălare cu apa și uscare în etuvă la 120 °C.The pickling was followed by washing with water and drying in the oven at 120 ° C.
Dozarea componentelor s-a făcut folosind o balanță piezoelectrică 0-6 kg. La dozarea componentelor s-a ținut cont de pierderile prin vaporizare, și de faptul cș se efectuează două topiri.The dosing of the components was done using a piezoelectric balance 0-6 kg. When dosing the components, the losses due to vaporization were taken into account, and the fact that two melts are made.
După cântărire, materialele debitate au fost legate în fascicule, cu dimensiunile 50x40x700 mm3. Compozițiile după care s-au făcut cântăririle:After weighing, the cut materials were bound in bundles, with dimensions 50x40x700 mm 3 . The compositions after which the weighings were made:
Au fost realizate trei fascicule :Three bundles were made:
Topirea s-a realizat în creuzet cu diametrul de 60 mm.The melting was done in a crucible with a diameter of 60 mm.
După răcirea lingoului in vid, aceste este supus unei operații de debitare a amorsei (piesa de legătură dintre dispozitivul de extragere a lingoului și lingou), și de strunjire pe generatoareAfter cooling the ingot in vacuum, these are subjected to a primer cutting operation (the connection piece between the ingot extraction device and the ingot), and turning on the generators
//
A- -2915--90129A- -2915--90129
19-OS-2015 pentru îndepărtarea stratului superficial care acumulează în general impurități. Lingoul astfel pregătit a fost debitat pe o generatoare, cele două jumătăți fiind apoi sudate cap la cap formând o bară care a fost alimentată în cuptor în vederea retopirii (topirea II a).19-OS-2015 for the removal of the superficial layer which generally accumulates impurities. The ingot thus prepared was cut on a generator, the two halves then welded together forming a bar that was fed into the furnace for refolding (melting II a).
Fiecare fascicul a fost supus primei topiri rezultând trei lingouri care au fost prelucrate ca mai sus, după retopire rezultând trei lingouri finale. Acestea au fost debitate pentru îndepărtarea amorselor și au fost strunjite pentru finisare, cu această ocazie fiind prelevate și probele pentru caracterizarea chimică.Each beam was subjected to the first melt resulting in three ingots that were processed as above, after re-casting resulting in three final ingots. These were cut for the removal of the primers and were turned for finishing, with this occasion being taken samples for chemical characterization.
Compozițiile chimice reale ale celor trei aliaje sunt prezentate in tabelul de mai jos. Din tabelul de mai jos se poate desprinde faptul ca pierderile de titan au fost mai mari decât cele estimate.__The actual chemical compositions of the three alloys are presented in the table below. From the table below it can be seen that the titanium losses were higher than estimated .__
De asemenea, faptul că s-a folosit pentru sinteza aliajelor materiale recircu abile, anumite impurități au valori semnificative, aceste impurități fiind aduse în mod preponderent de către zirconiul folosit.Also, the fact that it was used for the synthesis of recyclable material alloys, certain impurities have significant values, these impurities being mainly brought by the zirconia used.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201500420A RO131564A2 (en) | 2015-06-19 | 2015-06-19 | Biocompatible alloys based on zirconium with controlled titanium addition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201500420A RO131564A2 (en) | 2015-06-19 | 2015-06-19 | Biocompatible alloys based on zirconium with controlled titanium addition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO131564A2 true RO131564A2 (en) | 2016-12-30 |
Family
ID=57630518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201500420A RO131564A2 (en) | 2015-06-19 | 2015-06-19 | Biocompatible alloys based on zirconium with controlled titanium addition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO131564A2 (en) |
-
2015
- 2015-06-19 RO ROA201500420A patent/RO131564A2/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cai et al. | A novel biomedical titanium alloy with high antibacterial property and low elastic modulus | |
| Abdel-Gawad et al. | Corrosion studies and microstructure of Mg− Zn− Ca alloys for biomedical applications | |
| Liu et al. | The physicochemical/biological properties of porous tantalum and the potential surface modification techniques to improve its clinical application in dental implantology | |
| JP6157484B2 (en) | Biodegradable metal alloy | |
| KR100971649B1 (en) | Beta-type titanium alloy with low modulus | |
| Chakraborty et al. | Synthesis and characterization of nickel free titanium–hydroxyapatite composite coating over Nitinol surface through in-situ laser cladding and alloying | |
| Jeong et al. | Hydroxyapatite thin film coatings on nanotube-formed Ti–35Nb–10Zr alloys after femtosecond laser texturing | |
| Shin et al. | In vitro biological response to the oxide layer in pure titanium formed at different current densities by plasma electrolytic oxidation | |
| CN111334688B (en) | Zn-RE series zinc alloy and preparation method and application thereof | |
| Wang et al. | In vitro evaluation of biodegradable magnesium alloys containing micro-alloying additions of strontium, with and without zinc | |
| Jeong et al. | Control of nanotube shape and morphology on Ti–Nb (Ta)–Zr alloys by varying anodizing potential | |
| Hsieh et al. | The influence of the substrate on the adhesive strength of the micro-arc oxidation coating developed on TiNi shape memory alloy | |
| Kuroda et al. | The effect of Nb on the formation of TiO2 anodic coating oxide on Ti–Nb alloys through MAO treatment | |
| Lin et al. | Biomedical evaluation of vacuum plasma sprayed tantalum coatings processed by alkali treatment and alkali-heat treatment with different NaOH concentrations | |
| Tsutsumi et al. | Micro arc oxidation of Ti-15Zr-7.5 Mo alloy | |
| Kawai et al. | Apatite formation on surface titanate layer with different Na content on Ti metal | |
| Anand et al. | Biodegradable implant application: Electrodeposition of HA/TiO2/ZrO2 coating onto Zn-composite substrates | |
| dos Santos et al. | New MAO coatings on multiprincipal equimassic β TiNbTaZr and TiNbTaZrMo alloys | |
| CN106283154B (en) | A kind of two step prepares method and the application of Mg alloy surface silico-calcium phosphorus bio-ceramic coating | |
| Nascimento et al. | Anodizing-induced evolution of nanostructural surface morphologies in Ti-10Mo-xSi alloys for enhanced corrosion resistance | |
| Almeida et al. | Microstructure and electrochemical behavior of in vitro Ti-26Nb, Ti-26Zr and Ti-26Ta alloys processed by levitation melting technique | |
| RO131564A2 (en) | Biocompatible alloys based on zirconium with controlled titanium addition | |
| Fu et al. | Effect of Nb Content and Micro-Arc Oxidation on the Microstructure, Corrosion Resistance, and Biological Properties of Coatings on TiZrNb Alloys | |
| Abdi et al. | Thermal oxidation behavior of glass-forming Ti–Zr–(Nb)–Si alloys | |
| Kumar et al. | Effect of hybrid nano rare earth reinforcement and hot rolling on mechanical, corrosion, and biocompatibility of biodegradable Mg implants |