生物医用钛合金的研究进展

钛合金具有较低的弹性模量、优异的耐腐蚀性能和生物相容性,是理想的生物医用材料.综述了医用钛合金的发展过程及新型医用β钛合金的研究现状,以及开发的新合金系列.目前开发的医用钛合金中,Ti-35Nb-7Zr-5Ta和Ti-29Nb-13Ta-7.1Zr合金的弹性模量为55 GPa,与致密骨的弹性模量很接近,与人体骨有较好的...     

Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金的磨损特性

利用环块式腐蚀磨损试验机研究了Ti-29Nb-13Ta-4.6Zrβ型医用钛合金的磨损特性,并与传统医用钛合金Ti-6Al-4V进行了比较.研究表明在空气中干磨,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金及Ti-6Al-4V合金的抗磨能力主要取决于合金的硬度及抗拉强度等力学性能;在0.9%NaCl溶液中磨损,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金抗腐蚀磨损能力低于Ti-6Al-4V.Nb含量的提高可以增强Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金的抗腐蚀磨损能力.     

加工热处理对生物用Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金疲劳性能的影响

Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr(TNTZ)具有良好的生物亲和性，其杨氏模量低，抗拉强度可在加工热处理条件下于600MPa～1200MPa范围内选择。因此，该合金和Ti-35Nb-7Zr-5Ta，以及Ti-15Mo等口钛合金已成为目前主要研究开发的生物用钛合金。     

生体医用合金的开发

生体医用Ti-30Nb-10Ta-XZr合金Ti-29％Nb-13％Ta-4．6％Zr和Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金（均为质量百分数）简称Ti—Nb—Ta—Zr系合金，具有优良的生体相容性和低的弹性模量。前一合金的力学性能和作为骨折修复材料使用时骨质再生性和细胞毒性等生体相容性，都比传统生体用钛合金优越。此次则研究了含有不同Zr添加量的Ti-30Nb-10Ta—XZr合金的显微组织和力学性能，研究用的合金是利用粉末冶金法制备的Ti-29Nb-13Ta—XZr合金，分别制备了无Zr的和添加3％、7％和10％Zr的合金（分别简称OZr、3Zr、7Zr和10Zr合金）。     

Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金用于人工骨

随着高龄化社会的到来,人工骨等人体硬组织替代材料的用量增加。无金属过敏反应、强度高且耐蚀性好的钛是主要的替代材料,但钛合金中却含一些对人体不好的元素,使人担心。另外,在保证强度和耐蚀性的同时,要使材料的弹性模量尽量接近人骨。日本丰桥技术大学的研究人员近年来开发出一种低弹性模量的β型生物钛合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr,不含毒性元素,生物相容性很好,与现有的生物钛合金Ti-13Nb-13Zr的机械强度相当或更好,已成功地制作了人工股关节和齿科修补物。 预计经2~3年的临床试验后,该合金将会得到广泛应用。Ti-29Nb-13Ta-4…     

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55GPa。屈服强度为530NPa．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。     

新型无镍β型钛合金超弹性的研究

采用钛合金d电子理论设计超弹性钛合金。采用水冷铜坩埚电弧熔炼的方法制备铸锭,经均匀化、冷轧和退火处理后,使用XRD和TEM分析退火后合金相组成,使用U型法测试超弹性。结果表明,Ti-24Nb-4Zr合金经800℃退火后具有优良的超弹性,U型法测试加载3.76%应变在卸载后可以完全回复。Sn具有强烈降低Ms点的作用,使得Ti-24Nb-2Zr-2Sn合金获得稳定的室温β相。300℃退火生成的ω相能够避免塑性变形过早发生,提高Ti-24Nb-2Zr合金的超弹性。但其同样阻碍β相的应力诱发马氏体转变,使得Ti-24Nb-4Zr合金经300℃退火获得的超弹性低于800℃退火获得的结果。     

Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr合金碱处理表面生物活性陶瓷改性

钛合金作为外科植入材料是近年研究和应用的热点,但纯钛的力学性能较差,Ti-6Al—4V ELI合金含有毒性元素V,均不是理想的材料。最近,日本开发的Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr（TNTZ）β钛合金,其弹性模量较低,可通过机械热加工控制其力学性能,在医用领域有巨大的应用前景。但该合金的生物相容性还稍有不足,直接与骨结合的生物活性很差,因此有必要对其进行表面改性处理研究。     

低弹性模量Ti-27Nb-8Zr医用钛合金组织与力学性能

利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪研究Ti-27Nb-8Zr(质量分数, %)医用钛合金固溶后在不同时效温度下组织的变化规律,重点讨论不同显微组织对合金弹性模量和强度的影响。结果表明,固溶处理后,合金组织由β+α”两相构成,具有相对低的弹性模量和强度;时效后,组织中包含β、α、ω三相,弹性模量和强度显著升高,随着时效温度的升高,组织长大,弹性模量和强度降低     

新型生物钛合金时效处理组织演变

真空熔炼制备了新型Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr钛合金，研究了450℃时效处理过程中钛合金的组织演变。结果表明，合金固溶处理后的组织为单一过冷亚稳β相；在时效处理过程中亚稳β相逐渐向α相发生转变，形成由晶界处带状α相及紧邻α带的稳定β相，以及晶内弥散分布于α相基体的稳定β相组成的混合组织。