WO1997029624A2 - Binäre titan-zirkon-legierung für chirurgische implantate sowie herstellungsverfahren - Google Patents

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    • A61F2310/00011—Metals or alloys
    • A61F2310/00023—Titanium or titanium-based alloys, e.g. Ti-Ni alloys

Definitions

  • the present invention relates to an alloy of titanium (Ti) and zirconium (Zr) for the production of surgical implants.
  • a first application includes screws, plates and nails for fracture treatment and surgical orthopedics as well as endoprostheses.
  • a second application includes dental surgery with endosseous implants, abutments and elements for superstructures.
  • the alloy is also suitable for implants for anchoring prostheses in the facial area, e.g. suitable for maxillofacial and extraoral implants.
  • the invention further relates to a method for producing such an alloy.
  • Titanium-aluminum-vanadium (Ti6Al4V) according to ISO 5832-3; Titanium-aluminum-iron (Ti5Al2.5Fe) according to ISO 832-10; Titanium aluminum niobium (Ti6Al7Nb) according to ISO 5832-11.
  • Ti6Al4V Titanium-aluminum-vanadium
  • Ti5Al2.5Fe Titanium-aluminum-iron
  • Ti6Al7Nb Titanium aluminum niobium
  • Bone and dental surgery implants are exposed to high stresses and must be mechanically strong. Important parameters are the yield point, the elongation to break and the modulus of elasticity. Stainless steel and unalloyed titanium have low strength and are therefore cold worked. The tensile strength for titanium increases from about 500 MPa to about 700 MPa. The strength of the standardized two titanium alloys of 900 - 1000 MPa is not achieved.
  • An experiment to measure osseointegration is the attempt to eject.
  • a cylindrical implant is inserted into the bone in animal experiments and the ejection force is determined as a function of the lying time, typically after 12 weeks.
  • the anchoring of mechanically roughened, unalloyed titanium, Ti6Al4V and Ti6Al7Nb is of the same strength, but that a mechanically roughened and chemically etched surface for implants made of pure titanium gives much higher ejection forces than an identical surface treatment for implants Alloy (see M. Wong, J. Eulenberger, R. Schenk, E. Hunziker: Effect of surface topology on the osseointegration of implant materials in trabecular bone. J. Biomed. Mater. Res. 29, 1995, 1569) .
  • One or all of the three allowed elements AI, V, Nb apparently inhibit integration in the bone.
  • CH-A-544 154 named a binary titanium-zirconium alloy with 25-75% by weight Zr for implants.
  • the range of composition corresponds to high mechanical strengths. These metals are reactive, show exothermic oxidation and are therefore not easy to process.
  • the alloy formula corresponds to an atomic concentration of 15-61% Zr, i.e. H. the alloyed element has a strong influence on electrochemical and biological reactions. This is not desirable and the reactions specific to titanium in living tissue should not be lost.
  • the invention is based on the problem of adding a metallic biomaterial create, which firstly has high strength, secondly is compatible and integrated in soft and hard tissue and thirdly is resistant to crevice corrosion.
  • a binary alloy of titanium and zircon is proposed, the alloyed zirconium content being less than 25% by weight (14.9 at%), but more than 5% by weight (2.7 at%), so that a titanium-rich alloy results.
  • Preferred ranges of the zirconium content are between 19% and 10% by weight.
  • the characteristics of the manufacturing process of the alloy are that the alloy is hot forged and then cold worked.
  • the forging process is carried out at temperatures above 850 ° C., followed by rapid cooling of the alloy.
  • the forging process in the area of the alpha / beta phase transition can be carried out at 770 ° C. to 830 ° C. in order to produce special structural structures.
  • a metallic biomaterial is now available for the defined field of application, which has sufficient strength and excellent tissue compatibility in soft and hard tissue and is also resistant to crevice corrosion.
  • the binary titanium-zirconium alloy can be further solidified by cold working and / or by adding oxygen.
  • the alloys according to the invention can also be cold worked well, for example by rolling.
  • the strength values according to Table 2 were found on a Til5Zr alloy annealed after hot forging above the alpha-beta conversion: Material Glasfe ⁇ Fliess- Vickers hardness
  • Oxygen is to be regarded as a controlled alloy component that influences the strength properties. Results are summarized in Table 3.
  • the breaking stress (breaking load / cross-section at breaking point) is a measure of the toughness of a metal. It is remarkably high for the single-phase Ti-Zr alloys and roughly equal to that of the two-phase (alpha-beta) alloys Ti6Al4V and Ti6A17Nb.
  • the tensile strength and yield point of the material according to the invention are also better than that of cold-formed, unalloyed titanium of shade 4 and almost reach that of the alpha-beta alloys if the effect of cold-forming and oxygen alloying is used. Incidentally, the cold working and addition of oxygen in no way changes the tissue compatibility of the binary Ti-Zr alloy.
  • Organic substances are e.g. B. the amino acids as building blocks of the proteins and as components of the so-called basic substance (organic portion of bones). Calcium and phosphates are the main components of the bone mineral.
  • adsorption and chemisorption abbreviation for chemical adsorption. It is known that amino acids are adsorbed on titanium oxide (anatase and rutile in powder form) and on zirconium oxide. It is also known that amino acids are chemisorbed on titanium metal oxidized in air (cf. JM Gold, M.
  • Amino acids are chemisorbed Calcium and phosphates bind in the form of surface complexes with the oxidized metal.
  • the reactions are strong, especially for Ti-rich alloys, and they affect all three reactants of osseointegration.
  • adsorption is missing or is weaker for zirconium-rich alloys. Alloying with Zr also has the advantageous effect of increasing the corrosion resistance of Ti in electrolytes containing chloride. The effect improves the resistance to crevice corrosion, but only if the proportion of Zr exceeds 5% by weight.
  • a preferred composition is therefore the range of less than 19% by weight but more than 10% by weight of zircon.
  • a metal with 14-15% by weight Zr is also particularly suitable for the purpose.
  • This metal can also be strengthened by cold forming, according to the numbers above. Then strengths of up to 1000 MPa can be achieved, which comes close to the properties of the alpha-beta materials.
  • the titanium alloy max. 0.30% by weight Fe, max. 0.05% by weight N, max. 0.10% by weight C and max. Contain 0.015% by weight of H as technical impurities.
  • zircon can contain 2 - 3% by weight hafnium, a non-toxic element.
  • the alloy according to the invention can optionally have up to 0.5% by weight of hafnium as foreign component.

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Abstract

Die binäre, titanreiche Titan-Zirkon-Legierung mit weniger als 25 Gewichts-%, aber mehr als 5 Gewichts-% Zirkon ergibt ein metallisches Biomaterial mit mechanischen Eigenschaften, welche denjenigen von unlegiertem und kaltverformtem Titan überlegen ist. Implantate aus dieser Legierung sind im Weichgewebe verträglich und im Hartgewebe werden sie krafttragend integriert. Die Legierung ist auch in reduzierendem Milieu beständig.

Description

Binäre Titan-Zirkon-Legierung für chirurgische Implantate sowie Herstellungsverfahren
Anwendungsgebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Legierung aus Titan (Ti) und Zirkon (Zr) zur Herstellung von chirurgischen Im¬ plantaten. Eine erste Anwendung umfasst beispielsweise Schrauben, Platten und Nägel für die Frakturbehandlung und die operative Orthopädie sowie Endoprothesen. Eine zweite Anwendung umfasst die Zahnchirurgie mit enossalen Implan¬ taten, Abutments und Elementen für Suprakonstruktionen. Weiterhin ist die Legierung für Implantate zur Verankerung von Prothesen im Gesichtsbereich, also z.B. für maxillofa- ziale und extraorale Implantate, geeignet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Legierung.
H-interαrund der Erfindung und Stand der Technik Die heute verwendeten metallischen Werkstoffe für chirurgi- sehe Implantate sind:
- rostfreier Stahl gemäss internationalem Standard ISO-Norm 5832-1;
- Kobalt-Chrom-Molybdän Legierungen gemäss ISO 5832-4, 5832-5, 5832-6; - unlegiertes Titan gemäss ISO 5832-2;
- Legierungen: Titan-Aluminium-Vanadium (Ti6Al4V) gemäss ISO 5832-3; Titan-Aluminium-Eisen (Ti5Al2,5Fe) gemäss ISO 832-10; Titan-Aluminium-Niob (Ti6Al7Nb) gemäss ISO 5832-11. ability of a material to perform with appropriate host response in a specific Situation" (vgl. D.F. Williams: in Biomaterials : Proceedings of a Consensus Conference of the European Society for Biomaterials. Elsevier Science Publ . Amsterdam, 1989) . Der Fremdkörper ruft im lebenden Gewebe nur eine minimale Reaktion hervor. Im Kontaktgewebe zum Me¬ tall wird Sequestrierung, als Einkapseln ohne pathologische Zellformen, oder Trägheit, erkennbar als lockeres Bindege¬ webe, beobachtet (vgl. S.G. Steinemann: Corrosion of Tita- nium and Titanium Alloys for Surgical Implants. Titanium, Science and Technology, Proc. 5th Int. Conf. Titanium. [G. Lütjering, U. Zwicker, W. Bunk, eds. ] , Deutsche Ges. Metallk. Oberursel, 1985, 1373) .
Für Zahnimplantate, welche im Knochen verankert sind, ist eine stärkere Form von Gewebeverträglichkeit, nämlich Osseointegration, wirksam. Nach P.-I. Bränemark, G.A. Zarb, T. Albrektsson [editors] : Tissue-Integrated Prostheses. Quintessenz Publ. Chicago, 1985, p. 11, heisst es: "Osseointegration is defined as a direct structural and functional connection between ordered, living bone and the surface of a load-carrying implant" . Diese Reaktion bedingt eine Wechselwirkung zwischen dem Fremdkörper und dem leben¬ den Gewebe, also mehr als nur träges Verhalten des Metalls. Zahnimplantate werden aus Titan hergestellt. Für dieses Me¬ tall wird im Tierversuch die vollständige Verankerung, näm¬ lich die kraftschlüssige Verbindung gegen die Wirkung von Druck, von Scherung und von Zug gefunden (vgl. S.G. Steinemann, F. Straumann: Ankylotische Verankerung von Implantaten. Schweiz. Mschr. Zahnmed. 94, 1984, 682) . Die vollständige Verankerung bedeutet auch Adhäsion, welche Vorgängen von Chemisorption zugeschrieben wird (vgl. S.G. Steinemann, J. Eulenberger, P.-A. Mäusli, A. Schroeder: Adhesion of bone to titanium. Bioiogicai and Biomechanical Performance of Biomaterials [P. Christel, A. Meunier, AJ.C. Lee, eds.] , Elsevier Sei. Publ. Amsterdam, 1986, 409) .
Implantate der Knochen- und Zahnchirurgie sind hohen Bean¬ spruchungen ausgesetzt und müssen mechanisch fest sein. Wichtige Kenngrössen sind die Fliessgrenze, die Dehnung bis zum Bruch und das Elastizitätsmodul. Rostfreier Stahl und unlegiertes Titan haben niedrige Festigkeit und werden des¬ halb kaltverformt . Für Titan steigt damit die Zugfestigkeit von etwa 500 MPa auf etwa 700 MPa an. Die Festigkeit der standardisierten zwei Titanlegierungen von 900 - 1000 MPa wird aber nicht erreicht .
Ein Experiment, um Osseointegration zu messen, ist der Aus- stossversuch. Dazu wird im Tierversuch ein zylindrisches Implantat im Knochen eingesetzt und die Ausstosskräft in Abhängigkeit der Liegezeit, typischerweise nach 12 Wochen, bestimmt. In solchen Experimenten wurde gefunden, dass die Verankerung von mechanisch aufgerauhtem, unlegiertem Titan, Ti6Al4V und Ti6Al7Nb von gleicher Stärke ist, dass aber eine mechanisch aufgerauhte und chemisch geätzte Oberfläche für Implantate aus Reintitan viel höhere Ausstosskräfte er¬ gibt als eine gleiche Oberflächenbehandlung für Implantate aus Legierung (vgl. M. Wong, J. Eulenberger, R. Schenk, E. Hunziker: Effect of surface topology on the osseointe¬ gration of implant materials in trabecular bone. J. Biomed. Mater. Res. 29, 1995, 1569) . Eines oder alle der drei zule- gierten Elemente AI, V, Nb hemmen offenbar die Integration im Knochen.
Reintitan und Titanlegierungen können lokalen Angriff in engen Spalten zeigen, wenn sie heissen, Chlorid enthal¬ tenden Elektrolyten ausgesetzt sind. Handbücher nennen Temperaturen über 70°C (vgl. B. Craig: Technical Note Corrosion. in Materials Properties Handbook: Titanium Alloys [R. Boyer, G. Welsch, E.W. Collings, eds.] , ASM Int., Metals Park OH, 1994, 1065) . Es gibt jedoch kli¬ nische Literatur, welche über die Korrosion im Spalt der Konus-Verbindung von künstlichen Hüftgelenken und am Schaft solcher Prothesen im Zementbett berichtet. Die bekannten Titanwerkstoffe für Implantate sind offenbar nicht bestän- dig gegen Spaltkorrosion.
Die CH-A-544 154 nannte eine binäre Titan-Zirkon Legierung mit 25 - 75 Gewichts-% Zr für Implantate. Der Zusammenset¬ zungsbereich entspricht hohen mechanischen Festigkeiten. Diese Metalle sind reaktiv, zeigen exotherme Oxydation und sind deswegen nicht einfach zu verarbeiten. Andererseits ent¬ spricht die Legierungsformel einer Atomkonzentration von 15 - 61% Zr, d. h. das zulegierte Element hat auf elektro¬ chemische und biologische Reaktionen starken Einfluss. Das ist nicht erwünscht, und die für Titan spezifischen Reak¬ tionen im lebenden Gewebe sollen nicht verloren gehen.
Anfrrahft der Erfindung
Angesichts des bisherigen Fehlens einer optimalen Legierung für die obengenannten Verwendungsgebiete liegt der Erfin¬ dung das Problem zugrunde, ein metallisches Biomaterial zu schaffen, welches erstens eine hohe Festigkeit aufweist, zweitens in Weich- sowie Hartgewebe verträglich ist und integriert wird und drittens beständig gegen Spaltkorrosion ist.
Wesen der Erfindung
Vorgeschlagen wird eine binäre Legierung aus Titan und Zirkon, wobei der zulegierte Zirkonanteil weniger als 25 Gewichts-% (14,9 Atom-%) , aber mehr als 5 Gewichts-% (2,7 Atom-%) beträgt, so dass sich eine titanreiche Le¬ gierung ergibt. Vorzugsbereiche des Zirkonanteils liegen zwischen 19 Gewichts-% und 10 Gewichts-%.
Die Charakteristika des Herstellungsverfahrens der Legie- rung bestehen darin, dass die Legierung warm geschmiedet und danach kaltverformt wird. Der Schmiedevorgang wird bei Temperaturen über 850°C, mit anschliessender schneller Ab¬ kühlung der Legierung, ausgeführt. Alternativ kann der Schmiedevorgang im Bereich der alpha/beta Phasenumwandlung bei 770°C bis 830°C ausgeführt werden, um besondere Gefüge¬ strukturen zu erzeugen.
Dank der Erfindung steht nun ein metallisches Biomaterial für das definierte Anwendungsgebiet zur Verfügung, das eine ausreichende Festigkeit sowie ausgezeichnete Gewebeverträg¬ lichkeit in Weich- und Hartgewebe besitzt und überdies be¬ ständig gegen Spaltkorrosion ist . Detailbeschreibung
Es ist bekannt, dass die mechanischen Eigenschaften von Ti¬ tan durch Zulegieren von Zirkon deutlich angehoben werden (vgl. A.G. Imgram, D.N. Williams, H.R. Ogden: Tensile pro¬ perties of binary titanium-zirconium and titanium-hafnium alloys. J. Less-Common Metals 4, 1962, 217). Eigene Messun¬ gen an fünf Legierungen sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die Legierungen wurden aus technisch reinen Metallen er¬ schmolzen und enthielten neben Ti, Zr 0,09 - 0,11% O und 0,02 - 0,03% N; ihr Zustand war "geschmiedet oberhalb der alpha-beta Umwandlung und abgekühlt".
Zusammen¬ Zugfestigkeit Fliessgrenze Bruch¬ Bruch- setzung dehnung Spannung Gew. -% Zr MPa MPa % MPa
Ti + 5,1 496 429 23,1 1526
+ 9,9 558 503 18,1 1436
+ 14,9 655 559 14,5 1469
+ 19,9 748 728 10,9 1454
+ 25,6 779 670 8,5 1127
Tabelle 1
Es ist nicht bekannt, dass die binäre Titan-Zirkon Legie¬ rung durch Kaltverformen und/oder durch Zugabe von Sauer¬ stoff weiter verfestigt werden kann. Die erfindungsgemässen Legierungen lassen sich auch gut kaltverformen, z.B. durch Walzen. An einer nach Warmschmieden oberhalb der alpha-beta Umwandlung geglühten Til5Zr Legierung wurden die Festig¬ keitswerte gemäss Tabelle 2 gefunden: Material Zugfe¬ Fliess- Vickers-Härte
Til5Zr stigkeit grenze
MPa MPa kg/mm nicht kalt 203 verformt gewalzt 20% 769 704 259
40% 883 873 275
60% 944 937 309
Tabelle 2
Sauerstoff ist als kontrollierte Legierungskomponente zu betrachten, welche die Festigkeitseigenschaften beein¬ flusst. Resultate sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
Til5Zr + Zugfestigkeit Fliessgrenze Vi< Ξkers-Härte Sauerstoff [MPa] [MPa] 2
[kg/mm ]
0,1% 0 655 559 203 0,2% 0 780 670 240 0,3% 0 864 735 267
Tabelle 3
Die mechanischen Eigenschaften der bekannten und heute verwendeten Titanmetalle ergeben sich aus Tabelle 4 (vgl ASM Metals Handbook 9th edition, Vol. 3, Properties and Selection: Stainless Steels, Tool Materials and Special Purpose Metals. Amer. Soc. Metals, Metals Park OH, 1980, 353; S.G. Steinemann, P.-A. Mäusli, S. Szmukler-Moncler, M. Semlitsch, 0. Pohler, H.-E. Hintermann, S.M. Perren: Beta-titanium alloy for surgical implants. Titanium 92 Science and Technology [F.H. Froes, I. Caplan, eds.], TMS Warrentale PA, 1993, 2689). Material Zugfestig¬ Fliess- Bruch¬ Bruch¬ keit grenze dehnung spannung
MPa MPa % MPa
Ti Nuance 2 450
Nuance 4 620 550 20,0
Nuance 4 785 692 18,3 1095 kaltver- formt
Ti6Al4V 1076 940 14,7 1429
Ti6Al7Nb 1024 921 14,0 1400
Tabelle 4
Die Bruchspannung (Bruchlast/Querschnitt an Bruchstelle) ist ein Mass für die Zähigkeit eines Metalls. Sie ist be¬ merkenswert hoch für die einphasigen Ti-Zr-Legierungen und etwa gleich jener der zweiphasigen (alpha-beta) Legierungen Ti6Al4V und Ti6A17Nb. Auch die Zugfestigkeit und Fliess¬ grenze des erfindungsgemässen Werkstoffs sind besser als jene von kaltverformtem, unlegiertem Titan der Nuance 4 und erreichen nahezu jene der alpha-beta Legierungen, wenn der Effekt von Kaltverformen und Sauerstoffzulegieren genutzt wird. Die Kaltverformung und Sauerstoffzugäbe ändert übri¬ gens in keiner Weise die Gewebeverträglichkeit der binären Ti-Zr Legierung.
Zellkulturen sind ein gängiger Test, um die Reaktionen in Gegenwart metallischer Fremdkörper zu kennen. Für Weich- und Hartgewebe sind Experimente mit Fibroblast-, respektive Osteoblast-Zellen interessant. Drei solcher Experimente wurden angestellt, nämlich erstens Sprossung von Osteo- blasten auf einer trägen Kunststoffunterläge, wobei die Metalloxyde im Kulturmedium gelöst sind (Konzentration etwa mikromolar, gesättigt) , zweitens Sprossung von Fibroblasten auf dem Metall im Kulturmedium und drittens Sprossung von Osteoblasten auf dem Metall im Kulturmedium. Folgende Reak¬ tionen wurden beobachtet (s. Tabelle 5) :
Test Hemmung keine Hemmung
Osteblasten im AI, Sn, Ti, Zr, gelösten Metallsalz Ta
Fibroblasten Cu, Mo, V Ti, Nb, Zr, Ta auf Metall
Osteoblasten Zn, Fe, Sn, Cu Ti, Zr auf Metall AI, Mo, V, Ni, Ag, Nb, Ta
Tabell e 5
Es wurde keine Reaktion von Osteoblasten auf die im Kultur¬ medium gelösten Salze gefunden, und die fünf geprüften Me¬ talle haben auch im Implantationstest (s. Steinemann, a.a.O., 1985) keine toxische Wirkung. Das Resultat der
Experimente mit Fibroblasten ist dasselbe wie der Implan¬ tationstest, wo sich die vier Metalle Ti, Nb, Zr, Ta träge verhalten und Cu, Mo, V toxisch sind oder Sequestrierung bewirken. Das Resultat der Experimente mit Osteoblast-Zel- len, welche im Kontakt mit dem Metall sind, ist deutlich anders; alleine Ti und Zr verhalten sich träge. Das Wachs¬ tum von Osteoblast-Zellen und deren unbehinderte Vermehrung ist aber Voraussetzung der Entstehung von Knochen wie auch der Osseointegration.
Die Adhäsion von Weichgewebe und insbesondere auch von Kno¬ chen am Implantat bedeutet eine Reaktion von "Verkleben" im atomaren Massstab zwischen den organischen und minerali¬ schen Stoffen und dem Metall. Organische Stoffe sind z. B. die Aminosäuren als Bausteine der Proteine und als Kompo¬ nenten der sogenannten Grundsubstanz (organischer Anteil von Knochen) . Calcium und Phosphate sind Hauptbestandteile des Knochenminerals. Man spricht von Adsorption und Che- misorption (Kürzel für chemische Adsorption) . Es ist be¬ kannt, dass Aminosäuren auf Titanoxyd (Anatas und Rutil in Pulverform) und auf Zirkonoxyd adsorbiert werden. Es ist auch bekannt, dass Aminosäuren auf an Luft oxydiertem Ti¬ tanmetall chemisorbiert werden (vgl. J.M. Gold, M. Schmidt, S.G. Steinemann: XPS study of amino acid adsorption to ti¬ tanium surfaces. Helv. Phys. Acta 62, 1989, 246; J.M. Gold, M. Schmidt, S.G. Steinemann: XPS study of retrieved tita¬ nium and Ti alloy implants. Clinical Implant Materials [G. Heimke, U. Soltesz, A.J.C. Lee, eds.] , Elsevier Sei. Publ. Amsterdam, 1990, 69) . Es ist nicht bekannt, ob und wie Aminosäuren auf Zirkon und Ti-Zr-Legierungen adsorbiert werden und in welcher Form Calcium und Phosphor vorkommen. Experimente mittels Photoelektronen-Spektroskopie ergaben die Resultate gemäss Tabelle 6.
Material Aminosäuren Ca2+ H2P04 " und HP04 2"
Ti ++ ++ ++
Ti + 25 Gew . - % Zr + + +
+ 50 Gew . - % Zr + - +
Zr + - +
Tabell e 6 Legende: + adsorbiert
++ stark adsorbiert keine Adsorption
Aminosäuren werden chemisorbiert Calcium und Phosphate binden in Form von Oberflächenk plexen mit dem oxydierten Metall. Die Reaktionen sind staικ, besonders für Ti-reiche Legierungen, und sie betreffen alle drei Reaktanden der Osseointegration. Andererseits fehlt Adsorption oder ist schwächer für Zirkon-reiche Legierungen. Legieren mit Zr hat auch die vorteilhafte Wirkung, den Kor¬ rosionswiderstand von Ti in Chlorid enthaltenden Elektro¬ lyten zu erhöhen. Der Effekt verbessert die Beständigkeit gegen Spaltkorrosion, doch nur wenn der Anteil von Zr 5 Gewichts-% übersteigt.
Die Konzentration von 25 Gewichts-% Zr entspricht einer Partikelkonzentration von 14,9 Atom-%, oder 1 Zr-Atom auf etwa 7 Atome der Legierung. Dieses Verhältnis Charakteri- siert die Titan-reiche Legierung. Ist der Anteil 1 Zr/12 Atome im Metall, entsprechend 8,3 Atom-% (= 14,6 Gewichts- %) , so nennt man die Legierung verdünnt und die Titankompo¬ nente dominiert dann für die Eigenschaften des Metalls, insbesondere auch für die Verträglichkeit und die Ober- flächenreaktionen. Eine bevorzugte Zusammensetzung ist deswegen der Bereich von weniger als 19 Gewichts-% aber mehr als 10 Gewichts-% Zirkon. Besonders geeignet für den Zweck ist dann auch ein Metall mit 14 - 15 Gewichts-% Zr.
Dieses Metall kann weiterhin mittels Kaltumformen verfestigt werden, entsprechend obigen Zahlen. Dann können Festigkeiten gegen 1000 MPa erreicht sein, was den Eigenschaften der alpha-beta Werkstoffe nahekommt. In der Titan-Legierung sind weiterhin als technische Verunreinigungen max. 0,30 Ge- wichts-% Fe, max. 0,05 Gewichts-% N, max. 0,10 Gewichts-% C und max. 0,015 Gewichts-% H als technische Verunreinigungen enthalten. Zirkon kann je nach Herstellprozess (Iodid - oder Kroll-Prozess) 2 - 3 Gewichts-% Hafnium, ein nicht toxisches Element, enthalten. Die erfindungsgemässe Legierung kann gegebenenfalls als Fremdkomponente bis 0,5 Gewichts-% Haf¬ nium aufweisen.
E

Claims

Patentansprüche
1. Binäre Titan-Zirkon-Legierung für chirugische Im¬ plantate, wobei Implantate für die Zahnchirurgie auch Abutments und Elemente für Suprakonstruktionen umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung reich an Titan ist und der Anteil an Zirkon weniger als 25 Gewichts-%, aber mehr als 5 Gewichts-% beträgt.
2. Binäre Titan-Zirkon-Legierung nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Anteil an Zirkon weniger als 19 Gewichts-%, entspricht 11 Atom-%, aber mehr als 10 Ge¬ wichts-%, entspricht 5,5 Atom-%, beträgt.
3. Binäre Titan-Zirkon-Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Zirkon 14 - 15 Gewichts-% beträgt.
4. Binäre Titan-Zirkon-Legierung nach einem der An- sprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet , dass bis 1 Ge¬ wichts-% festigkeitssteigemde Zusätze und technische Ver¬ unreinigungen sowie gegebenenfalls bis 0,5 Gewichts-% Haf¬ nium als Verunreinigung von Zirkon enthalten sind.
5. Binäre Titan-Zirkon-Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass 0,1 bis 0,3 Gewichts-% Sauerstoff als festigkeitssteigernder Zusatz enthalten sind.
6. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Le¬ gierung warm geschmiedet und danach kaltverformt wird.
7. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach An¬ spruch 6, dadurch gekennzeichnet . dass der Schmiedevorgang bei Temperaturen über 850°C ausgeführt und die Legierung anschliessend schnell abgekühlt wird.
8. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach An¬ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiedevorgang im Bereich der alpha/beta Phasenumwandlung bei 770°C bis 830°C ausgeführt und die Legierung anschliessend schnell abgekühlt wird.
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