[发明专利]一种生物医用钛合金TC20棒/线材的制造方法

说明书

本发明属于医用金属材料技术领域，具体涉及一种生物医用钛合金TC20棒/线材的制造方法，具体的为，先制备钛‑铌‑钽中间合金和钛‑铝中间合金，再将两个合金与海绵钛配料，形成TC20钛合金铸锭，最后制成TC20钛合金棒/线材。本发明工艺稳定，完全满足生产钛合金人体植入物部件的性能和组织要求。

技术领域

本发明属于医用金属材料技术领域，具体涉及一种生物医用钛合金TC20棒/线材的制造方法。

背景技术

在生物医用金属材料中，钛及钛合金材料凭借优良的综合性能，成为人工关节(髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等)、骨创伤产品(髓内钉、钢板、螺钉等)、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝等医用植入物产品的首选材料。目前，还没有比钛合金更好的金属材料用于临床。对于植入物材料的要求可以归为几个方面：

(1)耐蚀性

钛及钛合金被称为是生物惰性金属材料，对人体血液的浸泡环境具有优异的耐腐蚀性能，保证了与人体血液及细胞组织的相容性，作为植入物不产生人体污染，不会发生过敏反应，这是钛及钛合金材料应用的基本条件。

(2)生物相容性

生物相容性是指材料与生物体之间相互作用后产生的各种复杂的生物、物理、化学等反应的一种概念。例如材料与血液接触时，血液所产生的变化，包括溶血、凝血、血栓等反应，即为血液相容性；又如材料与组织接触时所产生的变化，如细胞增殖、中毒、发炎、致癌、过敏，为组织相容性。金属材料植入人体后相当长的时间内，金属表面或多或少会有离子或原子因腐蚀进入周围生物组织，材料对组织必须具有良好的生物相容性，其毒性、致敏性、致癌性、发炎等指标必须达到要求。

(3)优越的力学性能和疲劳性能

钛合金作为生物医用材料，除具备良好的生物学性能外，还应具有适宜的力学性能，力学性能是指材料的力学特性有接近修复部位的特性，即使长期使用其功能也不会发生变化。设计制造钛合金时，要求其机械性能除了满足工程设计中所要求的材料力学性能、耐久性等之外，还应具有与其应用部位和功能要求相对应的力学特性，以实现其特定的生理功能。力学特性主要包括强度、延伸率、弹性模量、形状记忆效应和超弹性、摩擦磨损性能、疲劳强度等。

(4)低的弹性模量

弹性模量是恒量材料弹性变形能力的一个指标，在微观上是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量。钛及钛合金的弹性模量低，植入生物体内与自然骨更接近，有利于接骨，能够减少骨头对植入物的应力屏蔽效应。

(5)良好的耐磨性

医用生物材料的抗磨性是长期植入性材料的一项重要指标。如果植入性材料的抗磨性差，长期使用后产生的磨屑会造成人体组织的发炎、感染以及植入材料的松动等不良后果。

生物医用钛合金可分为3类：α型、(α+β)型、β型。为避免内固定植入物的断裂失效，提高植入物的强度，在英、美、俄、日等国，出现了采用高强度Ti-6Al-4V合金代替纯钛材料。随后又出现了Ti-6Al-4V ELI高损伤容限钛合金，直到目前占80％以上钛合金植入物产品仍在使用这种合金。但Ti-6Al-4V合金中的V元素可以引起恶性的组织反应，可能对人体产生毒副作用，因而促使各国研究开发新的不含V的钛合金材料。上世纪八十年代末，瑞士研制出

Ti-6Al-7Nb((α+β)型)生物医用钛合金。

Ti-6Al-7Nb(中国牌号TC20)是近年来国内开始使用越来越多的生物医用钛合金，棒/线材更是加工人体植入物部件的常用材料。

一直以来该材料以进口材料为主。国内生产的这种材料主要存在二个问题：一是力学性能普遍低于进口材料。二是材料组织不稳定，可靠性差。其主要原因是该合金含有比重较大、高熔点的金属铌，熔炼加工过程中极易产生成分偏析。国内在生产过程中，中间合金制造，熔炼铸锭，热加工等工艺方法控制都不是很成熟。