一種醫用人造關節材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于醫療衛生領域，尤其是涉及一種醫用人造關節材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代醫學與材料學的發展，醫用假肢、人工關節、骨固定器，牙齒植入物，心臟瓣膜罩等用于制造植入人體內的醫療器件、假體或人工器官和輔助治療設備在醫療衛生領域的應用日益廣泛，隨著該類手術越來越成熟，人造關節的需求量大幅度增加，并且上述部件在生物相容性、強度、塑性、耐腐蝕性方面有了長足的發展。目前在醫學領域中所使用的醫用合金有主要有N1-Cr系、Co系，Ti系等，其中Ti系的T1-6A1-4V合金是應用最廣泛的醫用合金，但近年來發現，T1-6A1-4V合金在使用中會析出極微量的釩和鋁離子，其中析出的釩離子有毒性會引起不利的組織反應，鋁離子會引起人體神經紊亂，降低細胞適應性等對人體造成危害的缺陷，目前主要的解決方法是通過表面涂層與其它處理技術在一定程度上阻止釩、鋁等有毒元素離子的析出，但該方法增加了加工工序的復雜性，提高了成本，并且仍會有一部分釩、鋁有毒元素析出，可靠性不能得到保證。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明提供了一種醫用人造關節的制備方法，其所制備的醫用人造關節具有良好的強度、塑性、耐腐蝕性，并且無毒害，具有良好的生物相容性。
[0004]本發明完整的技術方案為:
[0005]—種醫用人造關節材料的制備方法，其特征在于，按百分比含量稱量好所需的各種高純金屬，其中各材料的成分組成為:
[0006]Nb:0.2 % -1.0 %, Cu:4.5 % -6.0 %, Fe:6 % -8 %, Mo:6 % -7 %, Μη:0.3 % ?
1.0%, Zr:6%?16%，Ge:0.5%?0.8%, Ga:3% -4%, Cr:2% -4%, Ca:1% -3%, Mg:0.1% -0.3%, In:1% ~2%,C:0.1% 以下，余量為 Ti，
[0007]所述材料為粉狀，其中Ti粉、Zr粉的粒度為100-120目，Cu粉、Mo粉的粒度為120-160目，Ca粉、Nb粉、Μη粉、Ge粉的粒度為200-220目，C粉、Mg粉的粒度為220-240目，
[0008]Fe、Ga、Cr、In恪煉成Fe-Cr-1n-Ga合金后制粉，所述的Fe-Cr-1n-Ga合金粉的粒度為80-100目，
[0009]所述的Fe-Cr-1n-Ga合金粉采用真空感應爐冶煉，首先將Fe、Cr加入感應熔煉爐的坩禍中，抽真空到10 4Pa，吹入氬氣保護，加載功率至350KW至合金材料完全融化，加入Ga、In，保溫5分鐘，隨后翻轉坩禍，倒入石墨模具中，得到合金鑄錠，對上述合金鑄錠采用機械粉碎或霧化法制成所需粒度的Fe-Cr-1n-Ga合金粉，
[0010]將其余的元素粉選擇相應的金屬鑄錠，清洗后采用機械粉碎或霧化法得到所需粒度的元素粉，
[0011 ] 將上述所有粉料加入粘結劑后再雙行星混煉機中于140 °C混煉60min制成流變性能均勻的喂料，其中粉末裝載量為50vol% ;在注射成形機上向所述人造關節的模具中直接注射成形，注射溫度為160?170°C、注射壓力為70?lOOMPa，得到注射坯體；采用溶劑脫脂和熱脫脂后，在真空氣氛中進行燒結，真空度為1 X 10 4Pa，燒結溫度為1100?1800°C，保溫時間為180min，得到所述的人造關節。
[0012]優選的，所述材料的成分組成為:
[0013]Nb:0.4 % -0.8 %, Cu:5 % -5.5 %, Fe:6.5 % -7.5 %, Mo:6.2 % -6.8 %, Μη:
0.5%?0.8%, Zr:10%?13%，Ge:0.6%?0.7%, Ga:3.2% -3.8%, Cr:2.5% -3.5%,Ca:1.5% -2.5%, Mg:0.15% -0.25%, In:1.2% -1.6%, C:0.06% 以下，余量為 Ti。
[0014]優選的，所述材料的成分組成為:
[0015]Nb:0.6%, Cu:5.5%, Fe:7%, Mo:6.5%, Mn:0.7%, Zr -.12%, Ge:0.65%, Ga:3.5%, Cr:3%, Ca:2%, Mg:0.2%, In:1.4%, C:0.03，余量為 Ti。
[0016]本發明相對于現有技術的優點為:
[0017]本發明選擇與人體內部環境最為兼容的Ti金屬作為合金基體，并選擇加入Zr、Ge等元素增加了合金的生物相容性，同時Mn、Fe、Mo、Nb等元素在Ti合金中以固溶形式存在，起到固溶強化的作用，是采用本發明材料制得的醫用人造關節的強度遠大于醫用純鈦材料，并且在加工方法上，加入Fe、In、Ga等成分，該成分的加入顯著降低了 Ti合金的熔點，使得在制粉的熔煉過程，或者后續的燒結過程，均降低了熔煉或燒結溫度，Ca，C、Cr、Cu、Fe、Mg、C等元素形成了多元合金體系，對Ti形成陽極鈍化，顯著增加了合金的耐腐蝕性，并且通過優化的合金成分設置，使得組分之間形成穩定的結合，該合金材料制得的人造關節在人體內部環境中，Cu、Cr等金屬離子不會析出，對人體無害，具有非常良好的生物相容性。該材料的強度對人體內部環境友好，密度低，具有良好的熔煉、燒結加工性能，力學性質接近人骨，耐疲勞、耐腐蝕性能好。
【具體實施方式】
[0018]下面結合【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0019]按百分比含量稱量好所需的各種高純金屬:其中各材料的成分組成為:
[0020]Nb:0.2 % -1.0 %, Cu:4.5 % -6.0 %, Fe:6 % -8 %, Mo:6 % -7 %, Μη:0.3 % ?
1.0%, Zr:6%?16%，Ge:0.5%?0.8%, Ga:3% -4%, Cr:2% -4%, Ca:1% -3%, Mg:
0.1% -0.3%，In:1% -2%，C:0.1% 以下，余量為 Ti。
[0021]優選的，所述材料的成分組成為:
[0022]Nb:0.4:% -0.8%, Cu:5 % -5.5 %, Fe:6.5 % -7.5 %, Mo:6.2 % -6.8 %, Mn:0.5%?0.8%, Zr:10%?13%，Ge:0.6%?0.7%, Ga:3.2% -3.8%, Cr:2.5% -3.5%,Ca:1.5% -2.5%, Mg:0.15% -0.25%, In:1.2% -1.6%, C:0.06% 以下，余量為 Ti。
[0023]優選的，所述材料的成分組成為:
[0024]Nb:0.6%, Cu:5.5%, Fe:7%, Mo:6.5%, Mn:0.7%, Zr -.12%, Ge:0.65%, Ga:3.5%,
[0025]Cr:3%, Ca:2%, Mg:0.2%, In:1.4%, C:0.03，余量為 Ti。
[0026]所述的Fe-Cr-1n-Ga合金粉采用真空感應爐冶煉，首先將Fe、Cr加入感應熔煉爐的坩禍中，抽真空到10 4Pa，吹入氬氣保護，加載功率至350KW至合金材料完全融化，加入Ga、In，保溫5分鐘，隨后翻轉坩禍，倒入石墨模具中，得到合金鑄錠，對上述合金鑄錠采用機械粉碎或霧化法制成粒度為80-100目的粉。
[0027]將其余的元素粉選擇該元素鑄錠，清洗后采用機械粉碎或霧化法制成元素粉，其中，Ti粉、Zr粉的粒度為100-120目，Cu粉、Mo粉的粒度為120-160目，Ca粉、Nb粉、Μη粉、Ge粉的粒度為200-220目，C粉、Mg粉的粒度為220-240目。
[0028]將上述所有粉料加入粘結劑后再雙行星混煉機中于140 °C混煉60min制成流變性能均勻的喂料，其中粉末裝載量為50vol% ;在注射成形機上向所述人造關節的模具中直接注射成形，注射溫度為160?170°C、注射壓力為70?lOOMPa，得到注射坯體；采用溶劑脫脂和熱脫脂后，在真空氣氛中進行燒結，真空度為1 X 10 4Pa，燒結溫度為1100?1800°C，保溫時間為180min，得到所述的人造關節。
【主權項】
1.一種醫用人造關節的制備方法，其特征在于，按百分比含量稱量好所需的各種高純金屬，其中各材料的成分組成為:Nb:0.2 % -1.0 %, Cu:4.5 % -6.0 %, Fe:6 % -8 %, Mo:6 % -7 %, Μη:0.3 % ?1.0%, Zr:6%?16%，Ge:0.5%?0.8%, Ga:3% -4%, Cr:2% -4%, Ca:1% -3%, Mg:0.1% -0.3%, In:1% ~2%,C:0.1% 以下，余量為 Ti， 所述材料為粉狀，其中Ti粉、Zr粉的粒度為100-120目，Cu粉、Mo粉的粒度為120-160目，Ca粉、Nb粉、Μη粉、Ge粉的粒度為200-220目，C粉、Mg粉的粒度為220-240目， Fe、Ga、Cr、In熔煉成Fe-Cr-1n-Ga合金后制粉，所述的Fe-Cr-1n-Ga合金粉的粒度為80-100 目， 所述的Fe-Cr-1n-Ga合金粉采用真空感應爐冶煉，首先將Fe、Cr加入感應熔煉爐的坩禍中，抽真空到10 4Pa，吹入氬氣保護，加載功率至350KW至合金材料完全融化，加入Ga、In，保溫5分鐘，隨后翻轉坩禍，倒入石墨模具中，得到合金鑄錠，對上述合金鑄錠采用機械粉碎或霧化法制成所需粒度的Fe-Cr-1n-Ga合金粉， 其余的元素選擇相應的金屬鑄錠，清洗后采用機械粉碎或霧化法得到所需粒度的元素粉， 將上述所有粉料加入粘結劑后再雙行星混煉機中于140°C混煉60min制成流變性能均勻的喂料，其中粉末裝載量為50vol% ;在注射成形機上向所述人造關節的模具中直接注射成形，注射溫度為160?170°C、注射壓力為70?lOOMPa，得到注射坯體；采用溶劑脫脂和熱脫脂后，在真空氣氛中進行燒結，真空度為1 X 10 4Pa，燒結溫度為1100?1800°C，保溫時間為180min，得到所述的人造關節。2.一種如權利要求1所述的醫用人造關節的制備方法，其特征在于，所述材料的成分組成為:Nb:0.4% -0.8%, Cu:5% -5.5%, Fe:6.5% -7.5%, Mo:6.2% -6.8%, Μη:0.5%?0.8 %，Zr: 10 % ?13 %，Ge:0.6 % ?0.7 %，Ga:3.2 % -3.8 %，Cr:2.5 % -3.5 %，Ca:1.5% -2.5%, Mg:15% -0.25%, In:1.2% -1.6%, C:0.06% 以下，余量為 Ti。3.一種如權利要求2所述的醫用人造關節的制備方法，其特征在于，所述材料的成分組成為:Nb:0.6%, Cu:5.5%, Fe:7%,Mo:6.5%,Mn:0.7%, Zr:12%, Ge:0.65%, Ga:3.5%,Cr:3%, Ca:2%, Mg:0.2%, In:1.4%, C:0.03，余量為 Ti。
【專利摘要】本發明公開了一種醫用人造關節的制備方法，選擇如下的合金材料配方：Nb：0.2％-1.0％，Cu：4.5％-6.0％，Fe：6％-8％，Mo：6％-7％，Mn：0.3％～1.0％，Zr：6％～16％，Ge：0.5％～0.8％，Ga：3％-4％，Cr：2％-4％，Ca：1％-3％，Mg：0.1％-0.3％，In：1％-2％，C：0.1％以下，余量為Ti，通過選擇合適粒度的各元素的元素粉或合金粉混合后通過注射成型燒結，得到所述的人造關節，本發明制得的人造關節的強度遠大于醫用純鈦材料，對人體內部環境友好，密度低，具有良好的熔煉、燒結加工性能，力學性質接近人骨，耐疲勞、耐腐蝕性能好。
【IPC分類】C22C14/00, A61L27/06, B22F3/22, A61F2/30
【公開號】CN105349831
【申請號】CN201510508671
【發明人】張志軍, 趙瓊, 薛曉曉, 趙麗
【申請人】張志軍
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年8月18日