新型β医用钛合金的开发应用

最近开发出了一种新型β医用钛合金．该种合金与传统的医用合金如Ｃｏ－Ｃｒ合金、纯钛、α＋β型合金（ＴＣ４）等相比,具有不含毒性元素、弹性模量低、强度高、耐蚀性高、耐磨性高等优点． 虽然α十β钛合金如Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ ＥＬＩ、Ｔｉ－ ６ＡＩ－７Ｎｂ和 Ｔｉ－5Ａｌ－２．5Ｆｅ具有良好的生物相容性、耐蚀性和机械性能,但是这几种合金却含有对人体有毒性的合金元素,且其弹性模量相对于骨骼偏高．而纯金属的细胞毒性也早已为人们所知．考虑到β钛合金在弹性模量等方面的优点,日本的Ｍｉｔｓｕｏ Ｎｉｉｎｏｍｉ等运用ｄ一电…     

生物用β型钛合金的开发

最近几年,钛合金作为替代人体硬组织用生物材料得以广泛的应用．但是,现有的钛及钛合金在力学及生物相容性方面,钛和钛合金虽比不锈钢及Ｃｏ－Ｃｒ系合金等其它金属生物材料的弹性模量低,接近人骨的弹性模量,但α型及α十β型钛合金仍比具有代表性的硬组织致密骨的弹性模量要大,在此使用弹性模量低的β型钛合金较为适宜．最近,不含有毒元素构成的β型生物用钛合金的开发较为盛行．以下就此开发动向加以概述．１生物用β型钛合金种类 目前已开发或正在研制的生物材料如下表所示．（是已作为生物材料使用的合金）表中大致可以分为台高…     

医用钛及钛合金植入材料

人工骨、人工股关节等生物材料目前所使用的钛约80%是Ti-6Al-4VELI(低间隙元素)合金,使用钛合金是由于其弹性模量比不锈钢等其它金属低,从减少骨吸收的目的出发,人工骨材料的弹性模量要尽量接近骨的弹性模量为好。钒有毒性,因而又开发了不添加V的钛合金,用Nb或Fe作为β稳定化元     

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。     

新型无钒、低成本Ti-4.7Mo-4.5Fe合金的生物医学相容性评估

目前,超过2/3的生物植入体材料都为金属,在这些生物医用金属材料中,钛合金表现出最好的生物相容性,其中,应用最广泛的生物医用钛合金为Ti-6Al-4V。但是研究表明钒元素是有毒性的,并且毒性超过了铌和铬。另外Ti-6Al-4V合金弹性模量与人骨质弹性模量不匹配会造成应力屏蔽和萎缩症。因此,无钒、低成本、低模量、高生物相容性、高     

国外生物医用钛合金的发展现状

综述了近年来国外在生物医用钛及钛合金方面的研究与开发现状。为了取代普遍使用的Ti-6Al-4V合金,研发了多种无毒无敏感性元素、低弹性模量、高力学性能的新型β型钛合金;采用多孔技术并调节孔隙率,使材料的弹性模量与人体骨骼基本相当,通过将聚合物渗入到多孔钛的方法弥补多孔钛强度的降低,并使材料具有更好的生物相容性;为适应矫形外科领域的需求,开发了多孔TiNi超弹性形状记忆合金,从而克服了骨与植入体之间结合力弱以及弹性模量不匹配的弊端。此外,研发了多种不含毒性和过敏性元素的β型超弹性形状记忆钛合金,可以替代TiNi合金而更安全地应用于医学领域;开发了多种钛的表面改性技术,通过改性层的沉积及表面硬化使植入体的生物相容性和抗磨损性得到提高。     

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容性 ,确定了无毒元素为Nb、Ta和Zr。他们根据Morinaga等人开发的d电子合金设计法确定候选合金成分 ,根据 3次电弧熔炼的实验室规模铸锭 (约 45 g)拉伸试验结果 ,开发了医用低刚度 β型钛合金Ti 2 9Nb 13Ta 4 6Zr ,并研究了该实用型合金的机械性能和生物相容性。熔炼与加工　 2 0kg级Ti 2 9Nb 13Ta 4 6Zr铸锭采用悬浮铸造法制备。铸锭先在95 0℃后在 85 0℃下…     

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…     

基于d电子合金设计方法的生物医用新型亚稳β钛合金的设计及性能研究

依据d电子合金设计方法,采用无细胞毒性的合金元素Nb和Zr,从理论上设计了一种具有较低弹性模量的生物医用新型亚稳β钛合金Ti-35Nb-10Zr,并研究了该合金铸锭的基本力学性能.结果表明:该合金的弹性模量值低于传统的用于体内植入的Ti-6Al-4V合金,有望成为一种比较有前途的新型体内植入材料.     

新型生体用β型钛合金的设计

当今作为人体硬组织替代材料使用的钛合金 ,多用耐蚀性和强度优良的纯钛材和Ｔｉ 6Ａｌ 4ＶＥＬＩ合金 ,但是纯钛有强度不足而后者则有Ｖ的毒性问题 ,因此 ,近年来开发了Ｔｉ 15Ｓｎ 4Ｎｂ 2Ｔａ 0 2Ｐｄ、Ｔｉ 15Ｚｒ 4Ｎｂ 2Ｔａ 0 2Ｐｄ等不含对生体有害元素的合金。作为生体硬组织植入物用钛合金 ,必须考虑到生体材料与皮质骨的负载均匀等 ,且弹性模量要彼此接近。而上述两种合金属于α + β型的合金 ,具有较高的弹性模量 ,所以希望开发弹性模量较低的 β型钛合金。日本丰桥技术大学的研究者们研究了由无细胞毒性、神经毒性和金属过敏…     

生体相容性优良的β钛合金

低弹性模量β钛合金 作为人体植入物应用的低弹性模量生体相容性的医用β型钛合金的需求日益增长,因此,近年来相继开发了象Ti—13Nb-13Zr、Ti-35．3Nb-5．1Ta．7．1Zr、Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr等一系列β型钛合金。虽然这些钛合金的弹性模量较低,但其强度往往有所不足,而且大多还含有相当多的难熔元素,以致给其熔炼和加工都带来一定困难。为了解决这些问题,     

医用钛合金的研究及应用现状

综述了医用钛合金的发展历史,重点介绍了国内外新型医用β钛合金的研发现状,以及钛合金作为骨与关节替代物、牙科植入物、颅骨修复植入物、心血管修复材料等在临床治疗中的应用情况。指出,我国在医用钛合金的开发与应用中存在研究起步较晚,整体水平不高,相关产业基础薄弱,缺乏精细和深加工产品等问题。今后,我国不仅要大力开发低弹性模量的新型医用β钛合金,还要加快医用钛合金植入件的产业化发展,从而促进医用钛合金的应用。     

合金元素、加工与热处理对新型近β型钛合金TiZrMoNb力学性能的影响及微观分析

系统研究了不同合金添加元素(Mo、Zr、Nb)、加工及热处理对近β型医用钛合金力学性能和显微组织的影响规律,讨论保持医用钛合金生物力学相容性匹配的影响因素和方法。研究发现：TiNbZrMo合金中增加Zr、Mo元素含量使合金强化,而增加Mo、Nb元素含量和热加工率利于降低弹性模量。经过固溶处理后强度和弹性模量降低,而时效处理后合金产生弥散强化和细晶强化使强度和弹性模量提高。新合金冷热加工性能好,无明显各向异性,经过适当热处理可以达到高强度、低弹性模量和优良的塑韧性、疲劳性能综合匹配     

亚稳β钛合金在生物医学领域的研究进展

钛及钛合金因生物相容性优异、弹性模量低、综合力学性能良好及耐腐蚀性强被广泛应用于生物医学领域,成为继不锈钢、钴铬合金后最有前景的医用金属材料之一。本文从生物力学性能、生物耐腐蚀性及生物相容性和抗菌性角度出发,介绍了近10年来亚稳β型钛合金在生物医用领域的发展现状和研究进展,重点探讨了通过改变合金元素组成、热处理工艺及合金加工成型方法来改善β型钛合金生物力学性能的研究进展。     

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。     

生物医用植入钛及钛合金的力学性能研究及进展

生物医用植入纯钛具有低密度、优越的耐蚀性、无致敏性和良好的生物相容性，而医用植入钛合金还具有高比强度、较低的弹性模量及易加工等优良特点。所以生物医用植入钛及钛合金已成为外科植入件优选的替代材料。本文重点介绍了人体硬组织修复与替换材料新型钛合金的生物相容性、力学性能、合金添加元素对力学性能的影响和最新研究进展，并指出了未来研究的发展方向。     

日本开发的几种钛合金及其应用

作为经济强国的日本，在民用钛及钛合金的研究开发方面，一直保持着较强的优势．1996年，日本钛材的总产量约为10876t，其中45％用于出口，55％用于国内．在国内的钛材用量中，生活用品约占12％（70多吨）．日本在近年来的钛及钛合金开发上，主要以低成本钛合金和特殊用途钛合金为其方向，现以其已开发的几种钛及钛合金为例，介绍日本钛合金的开发现状和应用情况．1低成本钛合金在钛及其合金中加入廉价的合金元素如Fe、S等，而达到某一性能要求．如SP－700，是为得到冷、热加工性能优于Ti－6Al－4V合金而设计的一种富β的α＋β合金，其…     

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四元β钛合金和Ti-Nb-Sn系亚稳β钛合金。低模量钛合金均含有大量的β稳定元素Nb,价格较贵,不适合非生物医用。     

3D打印医用钛合金多孔材料力学性能研究进展

钛合金多孔材料具有与人体骨匹配的弹性模量,可有效解决金属植入物与人体骨弹性错配;其内部存在的大量孔隙有利于周围细胞的长入和新骨的生长,从而促进骨组织形成。近年来,增材制造(3D打印)技术被用于钛合金多孔材料制备,该方法可以精确控制孔隙参数,并且克服了因金属高熔点造成的制备困难。本文综述了作者团队在3D打印医用Ti-6Al-4V、纯Ti以及低模量钛合金多孔材料组织及力学性能的研究结果。对于Ti-6Al-4V两相合金,其疲劳性能受多孔结构设计和多种后处理的影响。纯Ti多孔材料较Ti-6Al-4V更优的疲劳寿命源于其更好的塑性和形变孪晶的应变硬化效应。低模量Ti2448合金的优异疲劳寿命则源于其超弹性提高裂纹萌生寿命,高韧性提高裂纹扩展寿命。最后展望了复杂生理环境腐蚀疲劳性能、多孔材料表面生物活化处理和新型医用金属体系多孔材料等发展方向。