[发明专利]一种形变强化制备抗菌钛合金的方法

说明书

本发明公开一种形变强化制备抗菌钛合金的方法，属于生物医用材料制备技术领域。本发明所述的抗菌钛合金是由钛、铌、锆和铜四种元素组成，采用真空熔炼技术制取Ti‑Nb‑Zr‑Cu合金铸锭；将制得的合金放入真空管式炉中进行热轧预处理，然后进行热轧，轧制速度为0.6～4m/s，得到形变量为28％～64％的热轧处理试样，空冷后即可得到Ti‑Nb‑Zr‑Cu合金；本发明通过形变强化制备的钛合金具有较高抗压强度(1587～1895MPa)和较低弹性模量(41～59GPa)，有利于改善和提高其作为植入体材料的使用寿命与安全性。

技术领域

本发明涉及一种形变强化制备抗菌钛合金的方法，属于生物医用材料制备技术领域。

背景技术

随着生物科技的快速发展，钛及钛合金因其低密度、熔点高、无磁无毒性、耐腐蚀性能优良、生物相容性好等诸多优越性能使其成了不可或缺的首选生物医用材料。但是钛及钛合金本身无抗菌性，在长期植入人体后，会引起细菌等微生物在其表面定植，从而导致感染发生，从而降低植入体的使用寿命。钛合金作为植入体大都用于承载部位，用于硬组织替代与修复，其强度要求较高；另外如果钛合金弹性模量过高(与人骨弹性模量相比)容易导致“应力屏蔽”，现象。因此一种无毒低模高强抗菌钛合金将是临床应用的理想候选材料。

在钛及钛合金中添加抗菌元素改善其抗菌性是目前常用的方法。主要是通过表面处理及合金化的方法，但是表面处理后的抗菌功能涂层，易产生脱落、磨损现象，造成二次感染。

目前，针对上述的问题，采用合金化的方法，在改善钛合金的力学性能和抗菌性方面已有了大量的研究。文献(Li Y-H,Chen N,Cui H-T,Wang F.Fabrication andcharacterization of porous Ti–10Cu alloy for biomedical application.Journalof Alloys and Compounds.2017；723:967-73.)在纯钛里加入抗菌性元素铜，采用粉末冶金法，制备的Ti-10Cu多孔生物材料具有良好的抗菌性，且随着孔隙率的增加，弹性模量不断下降，但是抗压强度最高只有407MPa，限制了作为它植入体在较大承载部位的使用。文献(S.Guo,Y.Lu,S.Wu,L.Liu,M.He,C.Zhao,Y.Gan,J.Lin,J.Luo,X.Xu,J.Lin,Preliminarystudy on the corrosion resistance,antibacterial activity and cytotoxicity ofselective-laser-melted Ti6Al4V-xCu alloys,Materials Science and Engineering:C72(2017)631-640.)采用激光熔炼技术制备了Ti6Al4V-xCu合金，因为抗菌性元素Cu的加入，使合金具有了抗菌性，但存在潜在Al、V等有毒元素。文献(Erlin Zhang,Lanlan Zheng,Jie Liu,Bing Bai,Cong Liu.Influence ofCu content on the cell biocompatibilityofTi–Cusintered alloys.Materials Science and Engineering C 46(2015)148–157)通过热压烧结的方法在高纯度钛里加入抗菌性元素铜，得到的生物材料具有良好的生物相容性，但是纯钛的弹性模量(约100GPa)明显高于人体骨骼的弹性模量(10-30GPa)。专利CN108998684A以钛铌锆为原料，加入抗菌元素Cu，制得了一种具有较低弹性模量(35～58GPa)的Ti-Nb-Zr-Cu合金，但是强度较低(970～1400MPa)。对此，研发出低弹性模量、高强度、具有整体抗菌性的生物医用钛合金，是解决此问题关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是目前医用钛及其合金在临床应用过程中存在易感染和低强度高弹性模量现象等问题。