新型生体用Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金的抗疲劳性能

当前在医学界广泛采用生体相容性、比强度和耐蚀性都十分优越的钛合金 ,作为人造股关节和人造牙根等人体硬组织代替材料。最近 ,一些 β型钛合金Ｔｉ 35Ｎｂ 7Ｚｒ 5Ｔａ、Ｔｉ 15Ｍｏ以及α + β型钛合金Ｔｉ 3Ａｌ 2 5Ｖ等都相继纳入美国标准ＡＳＴＭ。在美国和日本对于钛合金的研究开发都十分活跃。作为生物医用材料 ,在日本新开发了Ｔｉ 2 9Ｎｂ 13Ｔａ 4 6Ｚｒ合金 ,它完全是由于对人体无毒性反应的元素所构成 ,其强度、韧性和弹性模量也能满足用作生体材料的要求。但是作为人体硬组织代用材料 ,须长期埋入人体内并且往往要承受反复…     

生体相容性好的钛合金的开发

下表列出了直到现在所开发成功的一系列生体用钛合金 ,并且是按其发明年代的先后依次排列的。纯钛和α β型双相钛合金Ｔｉ 6Ａｌ 4ＶＥＬＩ合金或Ｔｉ 6Ａｌ 4Ｖ合金 ,最早仅作结构材料使用 ,后来也被用作生体材料。随后开发了仍然是α β双相型的钛合金Ｔｉ 4Ａｌ 2 5Ｆｅ合金和Ｔｉ 6Ａｌ 7Ｎｂ合金 ,消除了对人体有毒性副作用的Ｖ元素 ,而是采用了Ｎｂ作为置换元素 ,Ｎｂ与Ｖ同样都是 β相稳定化元素但无Ｖ那样的对人体的毒副作用。再以后 ,则开发了既无Ｖ也不加Ａｌ的α β型钛合金Ｔｉ 15Ｚｒ系和Ｔｉ 15Ｓｎ系合金。近些年来 ,开…     

钛合金磨损的粉末对细胞活性的影响

钛和Ｔｉ 6Ａｌ 4Ｖ合金作为人体植入物材料及其他医学方面的应用日益增多 ,这是因为它具有很高强度和耐腐蚀性的缘故。然而合金中所含的Ｖ具有一定的毒性作用并不是理想的医用材料 ,因此 ,近年来开发了许多种不含Ｖ、Ａｌ等不良元素的生体用新型钛合金 ,如Ｔｉ 6Ａｌ 7Ｎｂα +β型人体植入物合金 ,β型Ｔｉ 12Ｍｏ 6Ｚｒ 2Ｆｅ合金、β型Ｔｉ 15Ｍｏ 5Ｚｒ 3Ａｌ合金、α +β型Ｔｉ 6Ａｌ 2Ｎｂ 1Ｔａ合金等不含Ｖ的医用植入物合金。日本国际贸易和工业部的工业科学技术局力学工程研究室的研究人员 ,研究了一些医学作为人体植入物用的钛合…     

生体植入物用Ti-Zr基合金

Ｔｉ Ｚｒ基合金的强度性能主要是靠单相组织的固溶强化来获得 ,通过适当的调整Ｚｒ添加量即可得到必要的强度 ,两元素含量的原子比接近 5 0∶5 0的合金可得到最高的强度。这种合金是完全固溶体型合金 ,通过固溶强化来获得强度 ,作为生体用材料在合金设计时要尽量避免加钒 ,因此近年所开发的新型生体用钛合金 ,几乎都在Ｔｉ 1 5 %Ｚｒ 4%Ｎｂ 2 %Ｔａ 0 .2 %Ｐｄ和Ｔｉ 5 %Ａｌ 3%Ｍｏ 4%Ｚｒ合金范围以内。新型生体用钛合金开发的关键元素 -铌 ,在Ｔｉ Ｚｒ基合金中都可作为 β相稳定化元素来利用。由氩弧炉熔炼生产的Ｔｉ Ｚｒ Ｎｂ三元系…     

生体用β型Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金

作为人造股骨关节之类硬组织替代材料 ,多采用生体相容性、强度和耐蚀性都很好的Ｔｉ 6Ａｌ 4Ｖ合金 ,但这种钛合金因含Ｖ等对于人体细胞和神经有一定的毒性副作用 ,所以这种材料并不理想。因此 ,近年来开发了一系列以Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｔａ等为主要添加元素的新型生体用钛合金。新近日本的丰桥技术科学大学对其新近开发的一种生体相容性良好的Ｔｉ 2 9Ｎｂ 13Ｔａ 4 6Ｚｒ合金 ,进一步研究筛选了最佳的热处理工艺以便获得强度和延性的最佳结合。研究用的合金材料是用高频感应炉熔炼法生产的直径 6× 10 - 2 ｍ×长 1ｍ的实用棒状铸锭 (重…     

牙科用钛合金材料

牙用合金材料是生体材料中的一大类。钛合金因为有优异的生物相容性所以特别适于牙用 ,其目前主要使用的合金及性能如下表合金制备方法拉伸强度 /ＭＰａ屈服强度 /ＭＰａ延伸率 /%维氏硬度Ｔｉ 2 0Ｃｒ 0 2Ｓｉ铸造 87466963 18Ｔｉ 2 0Ｐｄ 5Ｃｒ铸造 880 65 95 2 61Ｔｉ 13Ｃｕ 4 5Ｎｉ铸造 70 3 2 1 Ｔｉ 6Ａｌ 4Ｖ铸造 976847 5 1 Ｔｉ 6Ａｌ 4Ｖ超塑成型 95 472 910 3 46Ｔｉ 6Ａｌ 7Ｎｂ铸造 93 3 817 711 Ｔｉ Ｎｉ铸造 470 8190　　纯Ｔｉ和Ｔｉ 6Ａｌ 4Ｖ是牙科及外科主要使用的植入材料。最近又开发出了Ｔｉ 4Ｚｒ、Ｔｉ 5…     

人体植入物用高相容性钛合金

近年来具有优良耐蚀性和比强度的Ｔｉ－６Ａｌ－４ＶＥＬＩ高纯度合金,作为人体硬组织代用材料的应用越来越多。但是它与骨质的弹性模量相差甚远,且其构成元素还有细胞毒性问题,因此它在人体相容性方面急待改进。日本丰桥科技大学与大同特殊钢公司共同开发了加工性和力学性能优良,而且弹性模量接近于骨骼的高相容性型钛合金--Ｔｉ－２９Ｎｂ－１３Ｔａ－４．６Ｚｒ合金。这一合金可用非自耗电弧炉熔炼。研究结果表明,这一合金的耐磨性和力学性能都接近于Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ　ＥＬＩ合金,而且生体相容性要优越得多。（启明摘自《材料》…     

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…     

生体用新型钛合金的开发

在进行新合金设计时,为了提高钛合金的强度,添加强化效果好的Ｓｎ和Ｚｒ是首选的合金化元素,为提高耐蚀性则添加Ｔａ和Ｐｄ,因为α-β双相组织有良好的热加工性,所以添加β稳定化元素Ｎｂ和Ｔａ。从熔炼性考虑,须减少高熔点金属Ｎｂ和Ｔａ元素添加量。考虑到Ｐｄ对人体细胞的影响且会析出脆化相,故减少了Ｐｄ含量、从而设计出Ｚｒ和Ｓｎ低于２０％、Ｎｂ低于８％、Ｔａ低于４％和Ｐｄ低于０．５％的Ｔｉ系合金。生体合金在生体内作为植人物表面形成钝态膜,这种钝态膜的稳定性即耐蚀性可用阳极极化等电化学方法来评定．不锈钢、Ｃｏ…     

钛作为生体材料的应用

本世纪２０年代不锈钢作为治疗骨折用的耐蚀材料开始用于医疗界,之后钴铬合金作为牙科用材料得到发展,然而钛材作为生体材料直到６０年代才开始得到认识,此后钛材的应用日益广泛,现已受到广泛重视．作为医用外科植人物材料,美国现有的标准（ＡＳＴＭ）已有数种材料（见下表）,Ｔｉ－６Ａ１－４ＶＥＬＩ合金原系航空材料后来转用作生体材料,近年来已很少采用这一合金,因为Ｖ对人体有一定毒性,所以随后开发了Ｔｉ－６ＡＩ－７Ｎｂ和Ｔｉ－１３Ｎｂ－１３Ｚｒ合金。金属材料作为生体材料在人体环境中使用时的耐蚀性,钛合金要比不锈钢…     

新型生体用β型钛合金的精密铸造

新型生体用β型钛合金Ｔｉ29Ｎｂ13Ｔａ46Ｚｒ,因含有大量高熔点的铌和钽难熔金属,所以比传统Ｔｉ6Ａｌ4Ｖ之类钛合金的熔点高得多(新合金熔点为2163Ｋ)。因此,该新合金用作牙科材料进行精密铸造时,与铸模的反应性非常高,容易产生粘砂之类缺陷,也影响铸件的力学性能。为了...     

生体植入物用β型钛合金在模拟人体体液中的耐磨性

金属材料作为人体植入物实际应用时最常见的一些问题,有生体相容性、破损和磨损等。特别是由于磨损而引起的松弛往往造成实用中的严重问题。因此,研究了几个加工性和力学性能优良而且弹性模量接近于骨骼的新型β型钛合金的强度和耐磨性。所研究的合金包括Ｔｉ29Ｎｂ13Ｔａ...     

生体用β型Ti-Nb-Ta-Zr系合金

近年来开发成功由无毒性金属元素构成的一种β型钛合金—Ｔｉ29Ｎｂ13Ｔａ46Ｚｒ,其弹性模量也颇接近于人体骨骼。为了进一步改善该合金之力学性能,固溶热处理之后还必须进行长时间的时效处理。但耗时太长,为了缩短时效处理时间,研究了不同时效处理制度的效果及合金力学性...     

生体相容性好的粉冶β型钛合金

作为人造牙根和人造股骨关节等人体硬组织常用的生体材料有钻一路合金、对已不锈钢和Ti6AI－4V等合金,但这些材料还都存在一定程度的生体相容性问题。因此,对于在钛金属中添加Nb、Ta和Mo等无毒元素而开发成功的低弹性模量B型钛合金,作为人体硬组织代用材料受到了广泛关注。但是,许多p稳定化元素都具有高比重和高熔点,以致难以获得无偏析的均质熔炼材。且钛材一般均为难加工材料,所以其成品价格较高。作为降低生体用钛合金生产成本的一个途径,利用了粉末冶金等技术。研究了粉末冶金法制备的TINb－Ta－Zr系0型钛合金的力学性能。…     

钛在医疗康复业中的应用

钛及钛合金在卤科的应用　钛的耐蚀性和生物相容性好,适宜于卤科应用．材料上多使用纯钛,但其具有强度低、研磨困难、易产生铸造缺陷及质量偏差大等缺点．社会金则强度高、研磨容易,以Ｔｉ—６Ａｌ－４Ｖ钛合金最为常用． 因担心钛合金中钒的有害作用,以铌代钒研制了Ｔｉ－６Ａｌ－７Ｎｂ合金．这种合金耐蚀性很好,得到了ＡＳＴＭ标准的认可．其特点是高强高初,研磨性好,还有其它一些优点．另外,超弹性金属ＴｉＮｉ合金特别适合于卤列矫正。 钛制义卤有时会发黑,这是由唾液的成分和不同金属间的电化作用所致,因在同一人的口中,有…     

钛合金的开发和应用

钛合金的正式开发和应用仅仅是最近 50年来才开始的 ,并且在 50年代几乎只有美国一国在进行研究 ,最早开发成功了Ｔｉ 6Ａｌ 4Ｖ ,该合金直到目前其使用量已占全部钛合金的 75%～ 85%。高强度钛合金几乎都是利用α相和 β相双相强化的合金 ;唯有Ｔｉ Ｃｕ系合金是通过合金元素在α相中固溶化经时效而析出硬化的钛合金。Ｔｉ 15Ｍｏ %Ｚｒ合金是作为非氧化性耐蚀合金而开发的 ,其冷加工性优良 ,可冷轧成箔材 ,因系亚稳定 β相合金 ,通过时效处理析出α相硬化可获得 1470ＭＰａ以上的抗张强度。作为高强度合金开发了可得到稳定高强度化Ｔｉ 15…     

添加微量氧和氮对生物用新钛合金力学性能的影响

整形外科用人体植入材料目前使用的有SUS316L不锈钢、Co－Cr合金、纯钛及钛合金．但以美国为中心的诸国一直担心金属钒的细胞毒性和铝的神经毒性，所以正在努力开发新的合金．而日本也正在开发新钛合金，已开发了Ti-15Zr-4Nb-4Ta－0．2Pd以及Ti-15Sn－4Nb－2Ta－0．2Pd．已详细报道过它们的力学性能、在生物模拟环境下的耐蚀性、疲劳性能及合金元素对钝化膜生成的效果等．为了进一步提高其室温强度和疲劳强度，同时添加微量的氧和氮，并对新钛合金进行固溶处理和时效处理，探讨其对室温强度以及在生物模拟液中的疲劳强度的影响。试验…     

生体用β钛合金的开发

作为生体用合金对其成分元素的选择，特别重要的是选择无毒元素，但判定是否完全无毒性还很困难，有关这方面的数据也不存在。考虑致癌性和过敏反应的时候，Ｔｉ是最可靠的，还有Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ都是有利的元素，另外Ｍｏ和Ｓｎ也是良好的无毒元素，下表列出的生体用ｐ型钛合金几乎都是由这些元素构成的。选择无毒性构成元素，设计低弹性模量高强度的β型钛合金，可以８０年代森永正彦等人提出的ｄ电子合金设计法为根据进行设计。表中所列出的第８个钛合金即是运用此法设计的合金，它在固溶化状态的弹性模量大约为６０ＧＰａ，固溶时效状态…     

无镍钛基形状记忆合金的研究进展

ＴｉＮｉ形状记忆和超弹性合金作为生物体用材已用于人体，且具有半永久性．在欧洲，人体对镍过敏的问题最近引起了人们的注意．从生物相容性看，ＴｉＮｉ合金在人体上的应用可能会被禁止．因此，开发不含毒性或致敏元素的形状记忆合金十分必要．根据有关细胞毒性的研究结果，生物相容性良好的元素主要有Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗｂ，Ｔａ，Ｐｔ，Ａｕ等．作为无镍钛基形状记忆合金来说，Ｔｉ－Ｎｂ基合金是良好的待选材料．据报道，Ｔｉ－Ｎｂ二元合金具有马氏体相变和形状记忆特性，但将该合金的马氏体相变温度控制在室温或人体温度附近的技术尚未解…     

碱液处理的钛和钛合金的生体相容性

钛具有优良的耐蚀性和无毒性等许多优点 ,作为人造牙齿等人体植入物材料已获广泛应用。但是自然形成的钛氧化膜并非均匀致密的表面层而且容易发生点腐蚀等问题 ,因此人们一直在积极研究开发在钛和钛合金表面形成能够促进与骨质结合的致密钝态膜的表面处理技术。日本光阳大学等新近研究了当前广为应用的人工植入物材料钛和Ｔｉ 6Ａｌ 4Ｖ合金 ,通过碱液处理和热处理形成表面层的试样 ,从形成类似于人体骨质的表面磷灰石层的生体活性观点来看 ,探讨了表面处理技术的有效性。研究所用的钛和Ｔｉ 6Ａｌ 4Ｖ合金试样 ,经镜面研磨后用丙酮和蒸馏水…