生物医用亚稳β钛合金的研究进展

钛及钛合金具有高比强度、低的弹性模量、无磁性以及优异的生物相容性和耐腐蚀性能等特点，被认为是理想的生物医用金属材料。以无毒性的Nb, Mo, Ta, Zr和Sn等作为主要合金化元素，并具有更低弹性模量的亚稳β型钛合金是新一代医用钛合金材料的重点发展方向。本文综述了生物医用钛合金的基本特性和发展概况，并以Ti-Nb基医用钛合金为例，介绍了新型亚稳β生物医用钛合金的成分设计方法、合金化原理、研究现状和制备技术。最后指出进一步降低弹性模量，提高强度、疲劳性能和功能特性等综合性能是生物医用β钛合金重点的发展方向，今后可以针对合金化元素的交互作用机理、合金成分设计与组织性能调控方法以及微观力学机制等问题开展深入研究。     

高强度低模量马氏体型Ti-V-Sn系合金

α,α+β钛合金的弹性模量在100～120 GPa之间,β钛合金的弹性模量较低,可以达到40～50 GPa,主要用作生物医用植入材料.目前开发的低模量钛合金有Ti-Nb-Ta-Zr系亚稳β钛合金,Ti-Nb-Ta-Zr,Ti-Nb-Ta-Mo,Ti-Nb-Ta-Sn四兀β钛合金和Ti-Nb-Sn系亚稳β钛合金.     

生物医用无Ni超弹性β钛形状记忆合金研究进展

概述了以TiNi合金和β钛合金为代表的生物医用金属材料的使用特性,包括生物相容性和生物力学适应性,介绍了形状记忆和超弹性TiNb基β钛合金医用材料的研究发展状况和最新进展,指出了生物医用钛合金应用技术的研究发展方向.开发不含Ni的低弹性模量、优异生物相容性和生物力学适应性的TiNb基形状记忆和超弹性β钛合金成为生物医用材料发展的一个重要方向.     

低弹性模量钛合金的研究进展

钛合金作为一种具有良好生物相容性、抗腐蚀性和力学性能的生物医用金属材料已经得到了实际应用。发展新型低弹性模量钛合金是该领域的研究热点之一。从理论设计和实验研究2个方面对低弹性模量钛合金的研究和发展现状进行了评述。以d电子合金设计方法和第一原理计算为代表的理论方法已经成为低弹性模量Ti合金设计的有效手段。多元合金化设计和优化的热机械处理工艺对发展新型多功能、高性能生物医用Ti合金十分重要。     

生物医用钛合金材料发展现状及趋势

钛及钛合金材料因其优良的综合性能,在生物医用材料中占有越来越重要的地位。综述了生物医用钛及钛合金材料发展的3个历史阶段,重点评述了低弹性模量β型钛合金的研发现状,简单介绍了相关钛合金材料制品在医学临床中的实际应用,并分析了近年来表面改性、多孔材料、复合材料等生物医用钛合金材料发展的新趋势。     

医用高强亚稳β钛合金

传统的医用钛合金最初都是为航空应用开发的,而近来专门为骨移植应用开发了低弹性模量的亚稳β钛合金.其目标是将弹性模量降到自然骨和现有植入材料之间.通常,低模量的亚稳β钛合金在低强度的固溶状态下使用.例如Ti-35Nb-7Zr-5Ta固溶状态下的弹性模量为55 GPa,屈服强度为530 MPa,延伸率为20%.通过提高氧含量及时效处理可提高Ti-35Nb-7Zr-5Ta的强度,使其成为有吸引力的医用钛合金替代品.     

外科植入物用新型医用钛合金材料设计、开发与应用现状及进展

介绍了生物医用钛合金材料的定义、分类与基本特性,综述了国内外生物医用钛合金材料的发展历程,针对改善和提高医用钛合金材料的生物相容性和力学相容性问题,重点分析和讨论了医用钛合金在合金设计、显微组织和相变控制以及表面状态优化等方面存在的不足和未来研究方向,最后介绍了新型介稳定β型钛合金在设计、开发与应用方面的最新进展。     

医用低刚度β型钛合金的研发

近年来,医用钛合金的研发趋势是开发具有良好机械加工性能的无毒无过敏元素的低刚度β型钛合金. 日本研究者根据纯细胞毒性、极化抗力数据、生物医用金属材料和纯金属的生物相……     

生物医用型β型钛合金的设计与开发

介稳定β型钛合金具有低密度、高比强度、低模量、耐蚀、易加工且生物相容性优良等特点,已成为外科植入件优选的替代材料.本文重点介绍了用于人体硬组织修复与替代材料的介稳定β型生物医用钛合金的设计、熔炼、加工、热处理、显微组织以及表面改性等方面应注意的问题和最新研究进展,并指出了未来的研究发展方向.     

钛合金在生物医药领域应用现状和展望

正钛(Ti)和钛合金由于具有比强度高、弹性模量低、耐蚀性强以及生物相容性好等优良的综合性能,被视作是继不锈钢、钴铬合金之后用于人体组织修复和替代的一种理想外科植入材料,广泛应用于植介入材料、手术器械、医疗装置、制药设备等生物医药领域。一、生物医用钛合金的种类与特性1.生物医用钛合金的种类作为生物医用的钛及钛合金主要分为以下几种。(1)纯钛纯钛是单相(α相)组织,不     

医用钛合金生物学及机械性能评述

从生物学和力学性能角度出发,评述了生物医用钛合金实现特定生理功能需具有不同性能要求.以硬组织替代、介入性治疗钛合金及口腔修复用钛合金在生物学性能要求上的不同和在弹性模量等力学性能方面的差异为例,结合医用钛合金设计制造的具体实例,阐明了钛合金生物医用功能需求的多样性,为钛合金在生物医用领域的分类与设计提供了一种新的思路和借鏊.     

生物医用钛合金材料的研究、开发与应用

生物医用材料及制品是近30年来发展起来的一类技术附加值最高的高新技术产品,其作用药物不能替代。近10年来,生物材料和制品的世界市场增幅百分率一直保持在两位数左右,发展趋势可与汽车和信息产业相比,正在成长为世界经济的一个新的支柱性产业,而生物材料的研发已成为世界研究热点。钛合金是一种继不锈钢、钴铬合金和TiNi形状记忆合金之后可用于人体软、硬组织修复与替代较理想的外科植入物用首选材料,它先后经过了第一代材料纯钛(α型)和Ti6Al4V合金(α β型)和第二代无钒的α β型钛合金Ti6Al7Nb和Ti5Al2.5Fe以及以β型钛合金为主的第三代新型医用钛合金(如Ti-13Nb-13Zr)的发展历程,其出发点是寻找生物相容性更好(不含对人体有毒的元素)、与人体骨骼力学相容性更加匹配(降低弹性模量、减小对骨组织的“应力屏蔽“)且综合性能优良的钛合金材料。综述了国际上生物医用钛合金的研发历史和现状,重点介绍了国际上正在热点研究的新型β型医用钛合金材料的合金设计、加工制备及其组织与性能控制和在骨科与血管介入领域的应用现状,特别是介绍了我国自主开发的两种新型医用β型钛合金的研究及其相关医疗器械产品研制情况,最后指出了医疗器...     

钛合金在骨科植入领域的研究进展

钛合金具有良好的生物相容性,同时相比传统植入物金属材料有较低的弹性模量,在生物环境下具有良好的抗腐蚀性能,这些优异的性能使钛合金作为医用植入物材料备受青睐.钛及钛合金作为医用植入物材料在临床中得到广泛应用.在不同的临床应用过程中,植入物材料常因金属的降解、与骨的生长融合、抗菌等因素,而对材料本身的性能有着不同的要求.因此,制备具有优异综合性能的钛合金材料以满足临床需求是科研工作者当前面临的重要问题.本文系统介绍了医用钛合金材料的结构、性能特点及目前在骨科应用方向的研究现状,在未来研究中,将通过改变元素组成、增加表面改性、优化生产工艺等方式,使钛合金材料能够以优异的综合性能更好地服务于人类.     

β钛合金成分设计:理论、方法、实践

随着科学技术的不断发展,高性能钛合金特別是β型钛合金的研究开发越来越受到世界各国的重视,伴随着应用过程,其合金设计方法得以不断地完善与提高。在新的设计方法指导下,近年来经常有新型高性能β钛合金被研发出来并得到实际应用。为了使广大冶金科技工作者,特别是从事钛合金研究的工程技术人员能够熟悉合金设计理论,着重分析讨论了β钛合金成分设计时应考虑的因素,包括β钛合金成分设计基本原理,合金化对钛合金性能的影响,Kβ稳定系数和Al、Mo当量设计准则,电子浓度因素和d-电子合金设计方法等。并简要介绍了在高强度、低模量、低成本等方面β钛合金的成分设计思路与研究进展。     

生物医用钛合金发展和研究现状

概述了生物医用钛合金的发展历程,详细总结了以Ti6A l7Nb为代表的α+β型和单β型生物医用钛合金国内外研究现状,指出了当今生物医用钛合金研究所面临的问题和发展方向。     

亚稳β钛合金的设计方法及室温变形机制的研究进展

本文介绍了当前亚稳β钛合金中的一些设计方法,包括合金元素法、[Mo]当量、d电子合金设计和e/a电子浓度等,概述了当前亚稳β钛合金中变形机制的一些研究进展,如滑移、机械孪晶和应力诱发相变,并对其变形机制之间的相互联系以及变形机制和合金力学性能之间的关系进行总结,最后讨论了不同因素对变形机制的影响,包括β相稳定性、变形过程、晶粒取向与尺寸以及第二相等.     

Mo、V、Cr对钛合金β相的合金化效应

为了研究钛合金中常用β合金元素Mo、V、Cr等对β相合金化的影响,通过设计制备一系列不同元素含量的TiMo、Ti-V、Ti-Cr二元β型钛合金,分析了含单一合金化元素的β型钛合金的显微组织、硬度及室温拉伸性能。结果发现:随着合金中β稳定元素含量的增加,所有二元合金的晶格常数及晶粒尺寸都呈减小的趋势,其中元素Cr具有最强烈的减小晶格常数效应,而元素Mo对晶粒细化的效果最显著。成分为Ti-xV、Ti-xCr的β相的拉伸强度随元素含量增加的变化规律与硬度变化相似,先减小后增加。Ti-xMo拉伸强度则随元素含量的增加强度升高。元素Cr对β相的强化效果高于Mo和V。     

汽车用钛合金表面双辉等离子Mo合金化层的制备及其摩擦磨损性能

为了改善钛合金的表面摩擦磨损性能,采用双辉等离子合金化法在汽车用近β型钛合金(Ti-5Zn-3Sn)表面制备了Mo合金层,通过微观组织观察及硬度、摩擦系数、磨损率测试等考察了合金化层的形貌以及摩擦磨损性能.结果表明:钛合金表面等离子合金化后,呈现出银白色,表面形貌很不平整,粗糙度和致密性得到提高.钛合金Mo合金化层与基体之间结合很好,没有出现不可控的断层以及裂纹.随着合金化层的逐渐深入,Mo元素占比慢慢降低.在Mo元素固溶强化作用的影响之下,钛合金表面硬度得到明显提高,有效地改善了钛合金表面摩擦学性能.随着Mo合金化温度增加,合金化层的硬度明显增加.合金化后钛合金表面硬度高,受压屈服极限大,黏着效应小,摩擦系数小,磨损率明显降低.     

医用金属表面含锶涂层耐蚀性和生物相容性研究进展

随着全球人口老龄化进展以及骨关节疾病发病率的增加,人们对于骨修复医用金属材料的需求日益增多.生物医用金属材料包括不可降解钛及可降解金属镁和铁.金属材料在耐蚀性及骨整合方面存在一些不足,有必要对其表面改性进一步优化.锶元素具有促进成骨抑制破骨的作用,将其用作改性成分对提高医用金属表面骨细胞活性具有重要意义.本文主要对近年来医用金属钛、镁和铁表面掺锶涂层在耐蚀性和生物相容性方面进行了归纳及比较.重点介绍了锶与降解性、生物相容性好的载体(如羟基磷灰石、透钙磷石等)结合制备的复合涂层在钛合金、镁合金表面及铁合金表面提高骨整合性能的研究.最后,提出将锶元素与锌元素结合使得金属材料在促进骨修复的同时具有抗菌性能的建议.     

二元系β钛合金变形时的弹性行为

β钛合金具有生物适应性以及低的弹性模量,适用于人工骨等植入物.β钛合金的弹性模量,当由淬火生成α′或α"马氏体相组成时显示极小值,当生成共格ω相组成时显示极大值,当生成非共格ω相组成时再次显示极小值.人骨的弹性模量约为20GPa,现在已开发了40GPa的低杨氏模量合金.