TWI740772B - 低模數耐蝕合金及其用途 - Google Patents

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Abstract

本發明主要揭示一種低模數耐蝕合金，其由五種主要元素組成，其中所述五種主要元素為Zr、Nb、Ti、Mo和Sn。依據本發明之設計，其係至少由大於或等於31wt%的Zr、18~50wt%的Nb、10~40wt%的Ti、4~10wt%的Mo以及1.5~15wt%的Sn等多種元素所組成；其中，Zr與Ti的重量百分比總和係小於或等於80wt%。實驗數據顯示，本發明之低模數耐蝕合金的多個樣品皆具有以下性質：維氏硬度大於HV250、楊氏模數小於100GPa、降伏強度大於600MPa以及孔蝕電位大於1.3V。因此，實驗數據證明，本發明之低模數耐蝕合金具有應用於製作外科植入材或醫療器械之高度潛力，亦可應用於如彈簧、線圈、導線、夾具、扣件、葉片、閥件、彈性片、鏡框、運動器材等各式工業領域及高強度低模數耐蝕結構材料。

Description

低模數耐蝕合金及其用途
本發明係關於合金材料之相關技術領域，尤指一種低模數耐蝕合金。
生醫材料為一種具有生物相容性且可植入活體系統中用以取代或修補活體系統之部分的材料，包括：合金材料、高分子材料以及陶瓷材料。其中，常見的合金生醫材料(Alloy as biomedical material)可進一步分為：不鏽鋼、鈷基合金以及鈦合金。不鏽鋼具有易加工、價格低廉和高降伏強度之特性，因此最早被開發應用為生醫材料。
不鏽鋼是由鐵、鉻、碳及其它眾多元素所組成的合金，其中，鐵與鉻為不鏽鋼之組成的主要元素，且鉻的重量百分比至少要11 wt%。通用型號304不鏽鋼為18Cr-8Ni的合金鋼，其被加工製造為骨板及骨釘。補充說明的是，18和8指的是鉻(Cr)和鎳(Ni)之重量百分比的數值，且304不鏽鋼為Stainless Steel 304，其縮寫為SS304或SUS304。相較於304不鏽鋼，316不鏽鋼被進一步添加了含量為2-3 wt%的鉬(Mo)，因此具有更好的耐酸、耐腐蝕(氯化物)與耐高溫性質。另一方面，藉由將316不鏽鋼的碳含量由0.08 wt%降低至0.03 wt%即獲得通用型號為316L的低碳不鏽鋼。目前，316L不鏽鋼常用於人工關節之製作。可惜的是，臨床數據顯示，在長時間植入人體後，316L不鏽鋼會因為受到腐蝕或磨損而導致金屬離子釋出至血液或組織之中，從而引起造成人體不良反應。同時，臨床數據亦指出，316L不鏽鋼的密度及楊氏模數較大，因此會引起應力遮蔽效應(stress shielding effect)從而影響骨骼正常發展。
鈷基合金為由鈷、鉻、鉬及其它眾多元素所組成的合金，其耐腐蝕性比不鏽鋼高40倍。Co-28Cr-6Mo合金是鈷基合金的一種，一般採用鑄造工藝（Co-Cr-Mo合金（F75））、鍛造工藝（Co-Cr-W-Ni合金（F90）、Co-Ni-Cr-Cr-Mo合金（F562）、Co-Ni-Cr-Mo-W-Fe合金（F563））和粉末冶金技術等工藝製造，主要被用於人工髖關節、膝關節、關節扣釘、接骨板、骨釘、與骨針之製作。由於鈷基合金在人體內多保持鈍化狀態，因此具有極佳的耐蝕性。可惜的是，臨床案例指出，在植入由鈷基合金製成的髖關節二至三年後，患者感到關節周圍疼痛和植入物鬆脫等症狀發生。另一方面，Co-28Cr-6Mo密度約 8.25 g/cm 3且楊氏模數約 220 MPa，兩者皆高於316L不鏽鋼，其力學相容性表現差於316L不鏽鋼。
鈦及鈦合金的密度在4.5g/cm 3左右，約為不鏽鋼和鈷基合金的一半，接近人體硬組織，且其生物相容性、耐腐蝕性和抗疲勞性能都優於不鏽鋼和鈷基合金，為目前已知生物相容性最佳的金屬生醫材料，其中又以Ti-6A1-4V鈦合金獲得最多的生醫材料應用。在植入人體後，其生成在其表面得氧化鈦(TiO 2)具有誘導體液中鈣、磷離子沉積生成磷灰石的能力，表現出一定的生物活性和骨結合能力，適合作為骨內埋植物。可惜的是，Ti-6A1-4V表面生成之氧化層(TiO 2+Al 2O 3)為不均質且具多孔性，氧化層和晶粒易破裂及剝落，產生嚴重氧化磨耗及剝層磨耗。故而，相較於不鏽鋼與鈷基合金，Ti-6A1-4V鈦合金顯示出的強度不夠以及磨耗阻抗能力不佳等缺點。此外，Ti-6A1-4V鈦合金和骨骼的楊氏模數分別為116 GPa與30 GPa，兩者之楊氏模數差距容易引發應力遮蔽效應。
由上述說明可知，習知的合金生醫材料於實務應用上存在著以下缺陷： (1)強度不夠及磨耗阻抗能力不佳； (2)高楊氏模數易引發應力遮蔽效應；以及 (3)耐腐蝕性不佳。
換句話說，習知的合金生醫材料仍具有諸多需要加以改善之處。有鑑於此，本案之發明人係極力加以研究發明，而終於研發完成一種低模數耐蝕合金及其用途。
本發明之主要目的在於提供一種低模數耐蝕合金，其由五種主要元素組成，其中所述五種主要元素為Zr、Nb、Ti、Mo和Sn。依據本發明之設計，其係至少由大於或等於31wt%的Zr、18~50wt%的Nb、10~40wt%的Ti、4~10wt%的Mo以及1.5~15wt%的Sn等多種元素所組成；其中，Zr與Ti的重量百分比總和係小於或等於80wt%。實驗數據顯示，本發明之低模數耐蝕合金的多個樣品皆具有以下性質：維氏硬度大於HV250、楊氏模數小於100GPa、降伏強度大於600MPa以及孔蝕電位大於1.3V。因此，實驗數據證明，本發明之低模數耐蝕合金具有應用於製作外科植入材或醫療器械之高度潛力，亦可應用於如彈簧、線圈、導線、夾具、扣件、葉片、閥件、彈性片、鏡框、運動器材等各式工業領域及高強度低模數耐蝕結構材料。
為達成上述目的，本發明提出所述低模數耐蝕合金之一第一實施例，係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn； 其中， x、y、z、a和b皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a和b滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15以及x+z≦80。
並且，本發明同時提出所述低模數耐蝕合金之一第二實施例，係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn-sM。 其中， M為選自於由鉭(Ta)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、釩(V)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、碳(C)和氧(O)所組成群組之中的至少一種元素； 其中，x、y、z、a、b和s皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a、b和s滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15、s≦5以及x+z≦80。
為達成上述目的，本發明同時提出所述低模數耐蝕合金之一第三實施例，係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn-cFe； 其中，x、y、z、a、b和c皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a、b和c滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15、c≦5、以及x+z≦80。
進一步地，本發明同時提出所述低模數耐蝕合金之一第四實施例，係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn-cFe-sM； 其中， M為選自於由鉭(Ta)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、釩(V)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、碳(C)和氧(O)所組成群組之中的至少一種元素； 其中，x、y、z、a、b、c和s皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a、b、c和s滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15、c≦5、s≦5以及x+z≦80。
在一實施例中，所述低模數耐蝕合金之鑄造態、滾軋態或退火態的一主相晶體結構皆為體心立方結構(Body-centered cubic structure)。
在可行的實施例中，所述低模數耐蝕合金係利用選自於由真空電弧熔煉法、電熱絲加熱法、感應加熱法、快速凝固法、機械合金法和粉末冶金法所組成群組之一種製程方法所製成。
在可行的實施例中，所述低模數耐蝕合金之型態為下列任一者：粉末、線材、棒材、板材、焊條或塊材。
進一步地，本發明同時提供一種低模數耐蝕合金之用途，其係用於一外科植入材或一醫療器械之製造。亦可應用於如彈簧、線圈、導線、夾具、扣件、葉片、閥件、彈性片、鏡框、運動器材等各式工業領域及高強度低模數耐蝕結構材料。
為了能夠更清楚地描述本發明之一種低模數耐蝕合金及其用途，以下將配合實驗資料詳盡說明本發明之較佳實施例。
本發明之所述低模數耐蝕合金主要由三種生物相容性佳的鋯(Zr)、鈮(Nb)、鈦(Ti)及兩種生物相容性中等的鉬(Mo)、錫(Sn)金屬元素組成，其成分係至少由大於或等於31wt%的Zr、18~50wt%的Nb、10~40wt%的Ti、4~10wt%的Mo以及1.5~15wt%的Sn等多種元素構成；其中，Zr與Ti的重量百分比總和係小於或等於80wt%。此外，所述低模數耐蝕合金之主相晶體結構皆為體心立方結構(Body-centered cubic structure)，且具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位。
實施例一
於實施例一中，本發明之所述低模數耐蝕合金係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn。其中，x、y、z、a和b皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a和b滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15以及x+z≦80。舉例而言，所述低模數耐蝕合金包括：31wt%的鋯(Zr)、45.8wt%的鈮(Nb)、16.3wt%的鈦(Ti)、4.9wt%的鉬(Mo)以及2wt%的錫(Sn)。在此情況下，所述低模數耐蝕合金的組成為31Zr-45.8Nb-16.3Ti-4.9Mo-2Sn，亦即，x=31、y=45.8、z=16.3、a=4.9且b=2。
實施例二
於實施例二中，本發明之所述低模數耐蝕合金係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn-sM。其中，M為選自於由鉭(Ta)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、釩(V)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、碳(C)和氧(O)所組成群組之中的至少一種元素。依據本發明之設計，x、y、z、a、b和s皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a、b和s滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15、s≦5、以及x+z≦80。舉例而言，所述低模數耐蝕合金包括：45.7wt%的鋯(Zr)、18.4wt%的鈮(Nb)、19.5wt%的鈦(Ti)、4.3wt%的鉬(Mo)、7.1wt%的錫(Sn)、2wt%的鋁(Al)、1wt%的釩(V)、1wt%的鎳(Ni)以及1wt%的鉑(Pt)。在此情況下，所述合金組成為45.7Zr-18.4Nb-19.5Ti-4.3Mo-7.1Sn-2Al-1V-1Ni-1Pt，亦即，x=45.7、y=18.4、z=19.5、a=4.3、b=7.1且s=5。
實施例三
於實施例三中，本發明之所述低模數耐蝕合金係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn-cFe。其中，x、y、z、a、b和c皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a、b和c滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15、c≦5以及x+z≦80。舉例而言，所述低模數耐蝕合金包括：53wt%的鋯(Zr)、21.6wt%的鈮(Nb)、15.9wt%的鈦(Ti)、4.8wt%的鉬(Mo)、4wt%的錫(Sn)、以及0.7wt%的鐵(Fe)。在此情況下，所述低模數耐蝕合金的組成為53Zr-21.6Nb-15.9Ti-4.8Mo-4Sn-0.7Fe，亦即，x=53、y=21.6、z=15.9、a=4.8、b=4且c=0.7。
實施例四
於實施例四中，本發明之所述低模數耐蝕合金係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn-cFe-sM。其中， M為選自於由鉭(Ta)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、釩(V)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、碳(C)和氧(O)所組成群組之中的至少一種元素。依據本發明之設計，x、y、z、a、b、c和s皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a、b、c和s滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15、c≦5、s≦5以及x+z≦80。舉例而言，所述低模數耐蝕合金包括：52wt%的鋯(Zr)、20.6wt%的鈮(Nb)、15.9wt%的鈦(Ti)、4.8wt%的鉬(Mo)、4wt%的錫(Sn)、0.7wt%的鐵(Fe)、1wt%的鈷(Co)以及1wt%的鉭(Ta)。在此情況下，所述合金組成為52Zr-20.6Nb-15.9Ti-4.8Mo-4Sn-0.7Fe-1Co-1Ta，亦即，x=52、y=20.6、z=15.9、a=4.8、b=4、c=0.7且s=2。
值得說明的是，本發明之低模數耐蝕合金可利用真空電弧熔煉法、電熱絲加熱法、感應加熱法、快速凝固法、機械合金法、或者粉末冶金法製成。所製得之本發明之低模數耐蝕合金的鑄造態、滾軋態或退火態的一主相晶體結構皆為體心立方結構(Body-centered cubic structure)。並且，本發明之低模數耐蝕合金的成品或半成品之形態可為粉末、線材、棒材、板材、焊條或塊材。因此，熟悉合金材料設計與製造的工程師能夠根據其工程經驗將本發明之低模數耐蝕合金的成品或半成品進行加工，以便將其加工製造為一外科植入材或一醫療器械。舉例而言，所述外科植入材如人工髖關節、人工膝關節、關節扣釘、接骨板、骨釘、骨針、牙冠、冠釘、固定橋、義齒卡環、基托等，且所述醫療器械如手術刀片、止血鉗、手術剪、電動骨鑽、鑷子、血管縫合針、胸骨縫合線等。此外，亦可應用於如彈簧、線圈、導線、夾具、扣件、葉片、閥件、彈性片、鏡框、運動器材等各式工業領域及高強度低模數耐蝕結構材料。補充說明的是，前述之加工方式可以是鑄造、電弧焊、雷射焊、電漿焊、熱噴塗、熱燒結、3D積層製造、機械加工或化學加工。
為了證實本發明之低模數耐蝕合金組成與技術特徵係的確能夠被據以實施，以下將藉由多組實驗資料的呈現，加以證實之。
實驗例一
於實驗例一中，係利用真空電弧熔煉爐來製造本發明之低模數耐蝕合金的多個樣品，其中多個所述樣品之組成整理於下表(1)中。接著，製作各個樣品之試片用於進行硬度量測、拉伸試驗、微結構分析以及動電位極化測試，且相關實驗數據整理於下表(2)之中。 表(1)
樣品 合金組成
#1 31Zr-45.8Nb-16.3Ti-4.9Mo-2Sn
#2 31Zr-45.8Nb-15.3Ti-4.9Mo-1.5Sn-1.5Fe
#3 35.7Zr-41.1Nb-16.3Ti-4.9Mo-2Sn
#4 35.7Zr-41.1Nb-14.3Ti-4.9Mo-1.5Sn-2.5Fe
#5 40.4Zr-36.4Nb-16.3Ti-4.9Mo-2Sn
#6 40.4Zr-36.4Nb-13.3Ti-4.9Mo-1.5Sn-3.5Fe
#7 45.1Zr-31.7Nb-16.3Ti-4.9Mo-2Sn
#8 45.1Zr-31.7Nb-13.3Ti-4.9Mo-1.5Sn-3.5Fe
#9 54.5Zr-22.2Nb-16.3Ti-5Mo-2Sn
#10 54.5Zr-22.2Nb-12.8Ti-5Mo-1.5Sn-4Fe
#11 52Zr-21.1Nb-15.6Ti-9.4Mo-1.9Sn
#12 52Zr-21.1Nb-15.1Ti-9.4Mo-1.9Sn-0.5Fe
表(2)
樣品 維氏硬度 (HV) 降伏強度 (MPa) 楊氏模數 (GPa) 孔蝕電位 (V)
#1 312 93.3 1040 ＞1.3
#2 341 98.1 1124 ＞1.3
#3 311 90.2 1035 ＞1.3
#4 345 97.8 1132 ＞1.3
#5 302 88.5 1006 ＞1.3
#6 344 94.3 1084 ＞1.3
#7 289 83.6 970 ＞1.3
#8 322 90.2 1036 ＞1.3
#9 282 77.8 946 ＞1.3
#10 312 86.5 998 ＞1.3
#11 331 94.3 1096 ＞1.3
#12 342 97.4 1136 ＞1.3
由上表(2)可以發現，本發明之低模數耐蝕合金的12種樣品皆具有以下性質：維氏硬度大於HV250、楊氏模數小於100GPa、降伏強度大於600MPa以及孔蝕電位大於1.3V。
實驗例二
於實驗例二中，同樣利用真空電弧熔煉爐來製造本發明之低模數耐蝕合金的多個樣品，其中多個所述樣品之組成整理於下表(3)中。接著，製作各個樣品之試片用於進行硬度量測、拉伸試驗、微結構分析以及動電位極化測試，且相關實驗數據整理於下表(4)中。 表(3)
樣品 合金組成
#13 53.4Zr-21.8Nb-16Ti-4.8Mo-4Sn
#14 51.4Zr-20.8Nb-15Ti-4.8Mo-4Sn-2Al-2Ta
#15 51.4Zr-20.8Nb-14Ti-4.8Mo-4Sn-2V-1Ni-1Cu-1Pt
#16 51.4Zr-20.9Nb-15.5Ti-4.6Mo-7.6Sn
#17 49.4Zr-19.9Nb-14.5Ti-4.6Mo-7.6Sn-3Co-1Ag
#18 49.4Zr-19.9Nb-14.5Ti-4.6Mo-7.6Sn-1Al-1V-1Ni-1Au
#19 49.5Zr-20.2Nb-14.8Ti-4.5Mo-11Sn
#20 47.5Zr-19.2Nb-14.8Ti-4.5Mo-11Sn-3Cu
#21 47.5Zr-19.2Nb-12.8Ti-4.5Mo-11Sn-2Co-1C-1O-1Pt
#22 47.7Zr-19.5Nb-14.3Ti-4.3Mo-14.2Sn
#23 53Zr-21.6Nb-15.9Ti-4.8Mo-4Sn-0.7Fe
#24 52Zr-20.6Nb-15.9Ti-4.8Mo-4Sn-0.7Fe-1Co-1Ta
#25 51Zr-20.6Nb-13.9Ti-4.8Mo-4Sn-0.7Fe-2C-1O-1Al-1Pt
#26 52.7Zr-21.5Nb-15.8Ti-4.7Mo-3.9Sn-1.4Fe
#27 50.7Zr-20.5Nb-14.8Ti-4.7Mo-3.9Sn-1.4Fe-2V-2Ag
#28 50.7Zr-20.5Nb-14.3Ti-4.7Mo-3.9Sn-1.4Fe-2Ni-1Cu-1Co-0.5Au
#29 47.7Zr-19.4Nb-21.5Ti-4.3Mo-7.1Sn
#30 46.7Zr-18.4Nb-19.5Ti-4.3Mo-7.1Sn-2C-2Ta
#31 45.7Zr-18.4Nb-19.5Ti-4.3Mo-7.1Sn-2Al-1V-1Ni-1Pt
#32 44.6Zr-18.1Nb-26.7Ti-4Mo-6.6Sn
#33 42.6Zr-18.1Nb-24.7Ti-4Mo-6.6Sn-3Cu-1Ag
#34 42.6Zr-18.1Nb-23.7Ti-4Mo-6.6Sn-2Co-1Ni-1C-0.5O-0.5Au
表(4)
樣品 維氏硬度 (HV) 降伏強度 (MPa) 楊氏模數 (GPa) 孔蝕電位 (V)
#13 286 79.9 961 ＞1.3
#14 318 85.1 1009 ＞1.3
#15 353 92.3 1123 ＞1.3
#16 318 88.2 1055 ＞1.3
#17 347 95.8 1116 ＞1.3
#18 356 97.2 1173 ＞1.3
#19 348 95.7 1104 ＞1.3
#20 368 98.9 1217 ＞1.3
#21 402 99.7 1230 ＞1.3
#22 391 99.8 1179 ＞1.3
#23 306 82.8 1021 ＞1.3
#24 323 87.3 1057 ＞1.3
#25 367 97.8 1163 ＞1.3
#26 337 91.3 1111 ＞1.3
#27 364 99.4 1159 ＞1.3
#28 367 98.7 1161 ＞1.3
#29 303 81.2 991 ＞1.3
#30 358 90.4 1072 ＞1.3
#31 372 95.6 1112 ＞1.3
#32 300 77.5 990 ＞1.3
#33 334 82.8 1032 ＞1.3
#34 388 97.5 1174 ＞1.3
由上表(4)可以發現，本發明之低模數耐蝕合金的22種樣品皆具有以下性質：維氏硬度大於HV250、楊氏模數小於100GPa、降伏強度大於600MPa以及孔蝕電位大於1.3V。
實驗例三
於實驗例三中，係同時對本發明之低模數耐蝕合金的多個樣品、316L不鏽鋼、Co-28Cr-6Mo鈷合金以及Ti-6A1-4V鈦合金進行多種項目之測試，且相關測試數據係整理於下表(5)之中。 表(5)
測試項目 316L 不鏽鋼 CoCrMo 鈷基合金 Ti6A14V 鈦合金 樣品 #13 樣品 #32
密度 (g/cm 3) 8.00 8.25 4.42 6.53 6.13
價格 (TWD/g) 0.15 0.86 0.78 1.42 1.24
硬度 (HV) 155 300 348.7 286.0 300.0
降伏強度 (MPa) 190 450 795 961 990
楊氏模數 (GPa) 193 220 116 79.9 77.5
腐蝕電流 (A/cm 2) 3.2×10 -7 6.4×10 -8 2.1×10 -8 1.6×10 -8 1.9×10 -8
孔蝕電位 (V) 0.812 0.535 ＞1.3 ＞1.3 ＞1.3
由上表(5)可以發現，本發明之低模數耐蝕合金的樣品有高於HV250之維氏硬度、低於100GPa之楊氏模數、高於600MPa之降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位。顯然地，本發明之低模數耐蝕合金的機械性質和抗腐蝕性皆明顯優於習用的316L不鏽鋼、鈷鉻合金及鈦合金。
如此，上述係已完整且清楚地說明本發明所揭示的一種低模數耐蝕合金的所有實施例及其實驗數據。並且，由上述說明可知本發明具有以下特徵及優點：
(1) 本發明主要揭示一種高強度低模數合金，其由五種主要元素組成，其中所述五種主要元素為Zr、Nb、Ti、Mo和Sn。依據本發明之設計，Zr與Ti的重量百分比總和係小於或等於80wt%，且Zr的重量百分比係大於或等於31wt%。實驗數據顯示，本發明之低模數耐蝕合金的多個樣品皆具有以下性質：維氏硬度大於HV250、楊氏模數小於100GPa、降伏強度大於600MPa以及孔蝕電位大於1.3V。
(2) 並且，實驗數據證明，本發明之低模數耐蝕合金具有應用於製作外科植入材或醫療器械之高度潛力，亦可應用於如彈簧、線圈、導線、夾具、扣件、葉片、閥件、彈性片、鏡框、運動器材等各式工業領域及高強度低模數耐蝕結構材料。
然而，必須加以強調的是，前述本案所揭示者乃為較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
無
無

Claims (12)

  1. 一種低模數耐蝕合金，係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度、以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn； 其中，x、y、z、a和b皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a和b滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15以及x+z≦80。
  2. 如請求項1所述之低模數耐蝕合金，其鑄造態、滾軋態或退火態的一主相晶體結構皆為體心立方結構(Body-centered cubic structure)。
  3. 如請求項1所述之低模數耐蝕合金，係更包括至少一元素M，而使其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn-sM；其中，M為選自於由鉭(Ta)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、釩(V)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、碳(C)和氧(O)所組成群組之中的至少一種元素，且s為重量百分比之數值並其滿足不等式s≦5。
  4. 如請求項1所述之低模數耐蝕合金，其中，所述低模數耐蝕合金係利用選自於由真空電弧熔煉法、電熱絲加熱法、感應加熱法、快速凝固法、機械合金法和粉末冶金法所組成群組之一種製程方法所製成。
  5. 如請求項1所述之低模數耐蝕合金，其中，所述低模數耐蝕合金之型態為下列任一者：粉末、線材、棒材、板材、焊條或塊材。
  6. 一種如請求項1至請求項5中任一項所述之低模數耐蝕合金的用途，其係用於一外科植入材或一醫療器械之製造，亦可用於如彈簧、線圈、導線、夾具、扣件、葉片、閥件、彈性片、鏡框、運動器材等各式工業領域及高強度低模數耐蝕結構材料。
  7. 一種低模數耐蝕合金，係具有大於HV250的維氏硬度、小於100GPa的楊氏模數、大於600MPa的降伏強度以及大於1.3V的孔蝕電位，且其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn-cFe； 其中，x、y、z、a、b和c皆為重量百分比之數值，且x、y、z、a、b和c滿足以下不等式：x≧31、18≦y≦50、10≦z≦40、4≦a≦10、1.5≦b≦15、c≦5、以及x+z≦80。
  8. 如請求項7所述之低模數耐蝕合金，其鑄造態、滾軋態或退火態的一主相晶體結構皆為體心立方結構(Body-centered cubic structure)。
  9. 如請求項7所述之低模數耐蝕合金，係更包括至少一元素M，而使其組成為xZr-yNb-zTi-aMo-bSn-cFe-sM；其中，M為選自於由鉭(Ta)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、釩(V)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、碳(C)和氧(O)所組成群組之中的至少一種元素，且s為重量百分比之數值並其滿足不等式s≦5。
  10. 如請求項7所述之低模數耐蝕合金，其中，所述低模數耐蝕合金係利用選自於由真空電弧熔煉法、電熱絲加熱法、感應加熱法、快速凝固法、機械合金法和粉末冶金法所組成群組之一種製程方法所製成。
  11. 如請求項7所述之低模數耐蝕合金，其中，所述低模數耐蝕合金之型態為下列任一者：粉末、線材、棒材、板材、焊條或塊材。
  12. 一種如請求項7至請求項11中任一項所述之低模數耐蝕合金的用途，其係用於一外科植入材或一醫療器械之製造，亦可應用於如彈簧、線圈、導線、夾具、扣件、葉片、閥件、彈性片、鏡框、運動器材等各式工業領域及高強度低模數耐蝕結構材料。
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