专利名称：通过组织控制而抑制了离子溶出的生物用Co－Cr－Mo合金及其制造方法
技术领域：
本发明涉及将由生物用Co-Cr-Mo合金或无镍不锈钢合金中的Ni微量杂质产生的过敏毒性等生物毒性进行无害化的方法；Ni的生物毒性被无毒化的Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金；以及由该合金制造的生物用材料或人造修补材料。
本发明提供如下技术通过运用Co-Cr-Mo合金的组织控制技术，来充分利用作为离子溶出速度较慢的晶体结构的ε相，以降低离子从埋入生物内的Co-Cr-Mo合金表面溶出的速度，由此抑制过敏发病。
背景技术：
Co-Cr-Mo合金具有优异的耐腐蚀性、耐磨损性、加工性，由于这种可靠性，Co-Cr-Mo合金被用作人造股关节等具有滑动面的部位、人造骨材等修补材料、外科用植入物等各种医用装置。Co基合金由于难以进行塑性加工，因而通过在其中添加Ni来改善加工，但是，近年来，有报道，Ni产生的过敏或致癌性等生物毒性被发现。因此，人们尝试开发不添加Ni的材料。
但是，即使不添加Ni，原料中也不可避免地含有Ni，甚至如此微量的Ni也有可能存在生物毒性。虽然通过提高原料的纯度可以在理论上解决该原料中所存在的不可避免的Ni，但是，如此高纯度化将导致原料价格提高，因此，提高原料纯度不实用且存在实质问题。同样，无Ni不锈钢合金也有望通过利用其优异的特性而被用作生物材料、医用材料，但是，由于Ni不可避免地存在于原料中，因此，尽管被称为无Ni，但实际上不可避免地混有微量的Ni，由该微量的Ni产生的生物毒性的显现成为亟待解决的问题。
Co-Cr-Mo合金由于具有高耐腐蚀性、高耐磨损性，因此，被用作各种医用装置。特别是作为人造关节材料的使用成果较多。近年来，人们指出了以下问题不可避免地混入数百ppm级的Ni作为微量杂质、作为主要构成元素的Co离子在生物体内的溶出，从而导致过敏发病。人们要求开发出抑制离子从这种生物用Co-Cr-Mo合金表面溶出的方法，并且认为，有必要开发出防止因离子溶出导致的过敏发病的方法。
发明内容
因此，本发明人为了在生物用Co-Cr-Mo合金等中，开发出抑制Ni产生的生物毒性的技术，进行广泛的探索和精心研究。结果发现，若在生物用Co-Cr-Mo合金中添加与Ni形成化合物的元素且该元素的生物毒性较小，则可以无损于该合金的优异特性而使Ni产生的生物毒性得到抑制，本发明人基于这一发现完成了本发明。本发明人进一步发现这种无毒化技术也可以应用于无Ni不锈钢合金，从而完成了本发明。
进而，本发明人为了控制对于生物体成为问题的离子溶出而进行了研究，对Co-Cr-Mo合金的组织进行控制，即对Co-Cr-Mo合金中出现的γ相和ε相的离子溶出行为进行详细研究，结果发现，与γ相相比，ε相的离子溶出速度明显较慢，基于此认识到通过控制合金组织，使离子溶出得到控制，由此能够抑制过敏发病，至此完成了本发明。
本发明的方案之一如下。
本发明提供一种生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金的镍毒性的无毒化方法，该方法是将由生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金中的Ni微量杂质产生的生物毒性进行无害化的方法，其特征在于，在合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土(mischmetal)、Mg组成的组中的元素或化合物。在优选的方案中，该添加元素选自由Mg、Al、Ti、Zr和Nb组成的组中的元素。特别是，本发明提供一种生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金的镍毒性的无毒化方法，该方法是将由生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金中的Ni微量杂质产生的生物毒性进行无害化的方法，其特征在于，在合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族的元素组成的组中的元素。在一种优选的方案中，该添加元素选自由锆和钛组成的组中的元素。更优选的添加元素为锆。本发明的镍毒性的无毒化技术特别适用于不可避免地混有Ni的合金，并且，在合金组成中的镍含量为(1)1.0重量％左右或1.0重量％以下、(2)0.5重量％左右或0.5重量％以下、(3)0.002重量％左右或0.002重量％以下、(4)至少100ppm级或100ppm级以下、或(5)数百ppm级或数百ppm级以下。
为了将由生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金中的Ni微量杂质产生的生物毒性无害化，本发明提供一种镍毒性被无毒化了的生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金，其特征在于，在合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、Mg组成的组中的元素或化合物。在一种方案中，本发明的合金是不可避免地混有Ni的合金，并且合金组成中的镍含量为(1)1.0重量％左右或1.0重量％以下、(2)0.5重量％左右或0.5重量％以下、(3)0.002重量％左右或0.002重量％以下、(4)至少100ppm级或100ppm级以下、或(5)数百ppm级或数百ppm级以下。进一步，本发明提供一种医用装置，其特征在于，该医用装置是由上述镍毒性被无毒化了的生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金制造的。此外，本发明提供一种医用装置，其特征在于，该医用装置是对上述镍毒性被无毒化了的生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金加以处理而制造的，所述处理选自由淬火、金属的气体雾化法、机械合金法、熔融急冷法、热挤出、热轧、热拉丝和锻造组成的组中的处理。
本发明的其它方案如下。
本发明提供一种抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，该方法是抑制生物用Co-Cr-Mo合金中的离子溶出的方法，其特征在于，该方法通过控制调整合金组织，使εHCP相组织得到富集。在优选方案中，所述生物用Co-Cr-Mo合金的合金组织的控制调整可以通过下述(1)和/或(2)实现，所述(1)是在合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、Mg组成的组中的元素或化合物；所述(2)是实施适当的热处理。在一种方案中，所述添加元素选自由Mg、Al、Ti、Zr和Nb组成的组中的元素。此外，为了控制调整合金组织，本发明可以包括如下内容使用选自由属于元素周期表第4族的元素组成的组中的元素作为添加元素。该添加元素可以选自由锆和钛组成的组中的元素。更优选该添加元素为锆。合金组成中的镍含量当然可以为如上含量。该Co-Cr-Mo合金的组织控制可以包括如下过程在合金熔炼后，在600℃～1250℃的温度下进行热处理。此外，该Co-Cr-Mo合金的组织控制可以包括对合金组合物进行如下(i)或(ii)的处理，所述(i)是在熔解或1000℃及以上的温度下进行热处理，然后，实施急冷处理；所述(ii)是在约1000℃及以上的温度且在至少550℃～650℃的温度区域内实施长时间的热处理。
本发明提供一种生物用Co-Cr-Mo合金，其特征在于，在该生物用Co-Cr-Mo合金的合金组织中，εHCP相组织得到富集，并且，离子从合金中的溶出得到抑制或降低。例如，该合金是在Co-Cr-Mo合金的基本组成中，添加有选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、Mg组成的组中的元素或化合物而成的合金。该合金可以包括通过在合金熔炼后于600℃～1250℃的温度下进行热处理，使εHCP相组织富集而得到的合金。进一步，该合金可以包括对合金组合物进行如下(i)或(ii)处理，使εHCP相组织富集而得到的合金，所述(i)是在熔解或1000℃及以上的温度下进行热处理，然后，实施急冷处理，所述(ii)是在约1000℃及以上的温度且在至少550℃～650℃的温度区域内实施长时间的热处理。在本发明中，还提供一种医用装置，其特征在于，该装置是由εHCP相组织得到富集且离子从合金中的溶出得到抑制或降低的生物用Co-Cr-Mo合金制造的。与上述同样地，该装置可以是对所述Co-Cr-Mo合金施加如下处理而制造的，所述处理选自由淬火、金属的气体雾化法、机械合金法、熔融急冷法、热挤出、热轧、热拉丝和锻造组成的组中的处理。
通过在Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢中添加生物毒性较小的元素，例如，通过添加Ti、Nb、Zr、Al等作为第4要素，从而可以对Ni进行固定以抑制Ni离子的溶出。由此，可以对Ni进行实质性的无害化。即使不是有意地添加Ni，也存在从原料混入的Ni杂质(100ppm级)，但是本发明也可以应对这种从原料混入的Ni。进一步，本发明提供一种技术，在该技术中，通过运用Co-Cr-Mo合金的组织控制技术，来充分利用作为离子溶出速度较慢的晶体结构的ε相，以降低离子从埋入生物体内的Co-Cr-Mo合金表面溶出的速度，由此抑制过敏发病。如此，可以作为生物毒性较小即更安全的生物材料，应用于人造股关节、支架材料等各种医用装置。
对于所属技术领域的技术人员来说，通过下述记载，可以明了本发明的其它目的、特征、优点及其具有的观点。但是，应该理解为包括下述记载和具体实施例等记载的本说明书的描述给出的是本发明的优选方式，并且是仅为说明而给出的。通过下述记载和来自于本说明书的其它部分的知识，在本说明书所公开的本发明的意图和范围内进行各种变化和/或改变(或修饰)，对于所属技术领域的技术人员是容易想到的。本说明书中所引用的全部专利文献和参考文献是为说明而引用的，应该理解为引用的专利文献和参考文献作为本说明书的一部分，其内容包含在本说明书的内容中。
图1是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例1)的Co金属溶出的结果的图。
图2是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例1)的Cr金属溶出的结果的图。
图3是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例1)的Mo金属溶出的结果的图。
图4是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例1)的Ni金属溶出的结果的图。
图5是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例1)的各添加元素的金属溶出的结果的图。
图6是表示Co-29Cr-6Mo-1Ni合金和Co-29Cr-6Mo-1Ni-0.05Zr合金各自的公称应力-公称应变曲线。
图7是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例3)的Co金属溶出的结果的图。
图8是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例3)的Cr金属溶出的结果的图。
图9是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例3)的Mo金属溶出的结果的图。
图10是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例3)的Ni金属溶出的结果的图。
图11是表示添加元素(每1at％)对Co的HCP→FCC相变温度的影响的图。纵轴表示添加元素的固溶限；横轴表示添加1.0％的添加元素时，HCP到FCC的相变温度的变化(出处C.T.Sims，N.S.Stoloff & W.C.HagelSUPERALLOYSII，Wiley-Interscience(1987))。
图12是表示具有不同组成的合金的光学显微镜组织照片，图12(a)的组成是Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni，图12(b)的组成是Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni-0.3重量％Nb，图12(c)的组成是Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni-0.1重量％Zr。
图13是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例4)的合金构成元素的金属溶出的结果的图。
图14是表示具有不同组成的合金的光学显微镜组织照片，图14(a)的组成是Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni，图14(b)的组成是Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni-0.05重量％Zr，图14(c)的组成是Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni-0.1重量％Zr，图14(d)的组成是Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni-0.3重量％Zr。
图15是表示在使用1％乳酸的金属溶出试验中，各合金试片(实施例5)的合金构成元素的金属溶出的结果的图。
具体实施例方式
在本发明中，作为“生物用Co-Cr-Mo合金”，是将含有实质比例的铬(Cr)和钼(Mo)的钴(Co)制成基体的合金，对于这种合金可以举出在该领域中作为“超合金(super alloy)”而已知的组中所包含的合金。用语“超合金”通常是表示具有极高强度、优异的机械特性和耐腐蚀性的合金而使用的技术用语，代表性的超合金被认为具有稳定的微组织。本生物用Co-Cr-Mo合金具有优异的生物相容性，具有较高的屈服强度、优异的硬度等。作为该Co-Cr-Mo合金，可以举出ASTM(American Society for Testingand Materials；美国材料试验协会)标准，例如ASTM F153794、ASTMF799、ASTM F75等；ISO(International Organization for Standardization；国际标准化组织)标准，例如ISO 5832-12等。
ASTM F 1537 94标准的合金组成(重量％)如下Mo5.0重量％～7.0重量％、Cr26.0重量％～30.0重量％、C≤0.35重量％、Ni≤1.0重量％、Fe≤0.75重量％、Mn≤1.0重量％、Si≤1.0重量％、N2≤0.25重量％、以及剩余部分为Co。
其中，由于Ni不可避免地混在原料中，因此，通常至少含有0.2重量％～1.0重量％左右的Ni，剩余部分的Co是指将附带来的痕量杂质除去后的Co量。
对于该Co-Cr-Mo合金，已知有Vitallium(商品名)作为整形外科用产品，这种产品的通常组成如下Mo约5.50重量％、Cr约28.00重量％、C约0.25重量％、Mn约0.70重量％、Si约0.75重量％、以及剩余部分为Co。
其中，由于Ni不可避免地混在原料中，因此，通常至少含有0.002重量％～2.5重量％的Ni，剩余部分的Co是指将附带来的痕量杂质除去后的Co量。
对于该Co-Cr-Mo合金已有大量的报道，例如，可以包括在特开2002-363675号公报(JP-A-2002-363675)、国际公开第97/00978号小册子(WO-A-97-00978)、美国专利第5462575号说明书(US-A-5462575)、美国专利第4668290号说明书(US-A-4668290)等中公开的合金或将对这些合金进行修饰而得到的合金、由所公开的合金衍生而来的合金等。例如，还可以包括如特开2002-363675号公报中所公开的Mo的量增加至≤12.0重量％左右或增加至10重量％左右的合金。
在一具体方案中，该Co-Cr-Mo合金可以为组成如下的合金Mo约5.0重量％～6.0重量％；Cr约26.0重量％～28.0重量％；C≤约0.07重量％；Ni≤约1.0重量％；Fe≤约0.75重量％；Mn≤约1.0重量％；Si≤约1.0重量％；N2≤约0.25重量％；以及剩余部分为Co(其中，由于Ni不可避免地混在原料中，因此，Ni至少存在0.002重量％左右，最低也存在高于50ppm级的Ni，剩余部分的Co是指将附带来的痕量杂质除去后的Co量)。
在其它具体方案中，该Co-Cr-Mo合金可以为组成如下的合金Mo约6.0重量％～12.0重量％；Cr约26.0重量％～30.0重量％；C约0重量％～0.30重量％；以及剩余部分为Co(其中，由于Ni不可避免地混在原料中，因此，Ni至少存在0.02重量％左右、最低也存在高于50ppm级的Ni，剩余部分的Co是指将附带来的痕量杂质除去后的Co量)。
对于不可避免地含有Ni的所述合金，可以适用本发明的技术。市售的不含Ni的(Ni-free)Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢实际上也含有极微量或痕量的Ni，有时含有的Ni达到1重量％或达到0.5重量％，或者进一步含有例如至少100ppm级的Ni，将本发明的技术用于这种合金是有用的。典型地，将本发明的技术用于不可避免地混有数百ppm级的Ni的合金或混有小于该量的Ni的合金是有用的。
在本发明中，在构成上述Co-Cr-Mo合金(或无Ni不锈钢)组成的原料中，添加在二元相图上与Ni形成化合物的元素且生物毒性较小的元素，然后，可以采用通常的合金制造法对所得到的用于该合金的混合物进行制造。作为添加元素，可以从与Ni结合性较强的元素中选择。对于与Ni结合的元素，已知有吸留氢合金(化合物)中的各种元素，在本发明中，也可以从这种已知的元素等中选择使用。作为添加元素，添加选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、镁(Mg)组成的组中的元素或化合物。作为添加方法，优选对存在于熔液中的氧实施通常进行的脱氧处理，然后再进行添加。这是为了防止当熔液中的氧浓度过高时，添加的元素在与Ni结合之前，与固溶于熔液中的氧反应形成氧化物，所述添加的元素为选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、镁(Mg)组成的组中的元素或化合物。这些添加元素可以单独添加使用，也可以多种组合使用，进而也可以在复合后添加。更优选添加选自由属于元素周期表第4族的元素组成的组中的元素。可以代表性地举出，钛(Ti)、锆(Zr)等，特别是Zr为优选的添加元素。
对于添加元素在合金组成中的混合量，可以根据合金中所含有的Ni的含量增减，并且可以在得到所需目的且对所得到的合金的特性不产生实质性的不良影响的范围内设定添加元素的混合量。例如，当合金中存在1重量％的Ni时，通过添加0.05重量％的Zr，可以实质性地完全抑制Ni在生物体内的溶出，另一方面，不会出现使合金的机械特性降低的影响。
在本发明中，作为该添加元素，也可以从铝(Al)、铌(Nb)、钽(Ta)等中选择。作为镧系元素，可以举出镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。混合稀土是指稀土金属的化合物，作为稀土金属的元素，可以举出钪(Sc)、钇(Yb)、诸如La、Ce、Pr、Nd等镧系元素、锕系元素(例如，锕(Ac)、钍(Th)等)等。
相对于合金中1重量％的Ni，合金组成中的添加元素的混合比例为0.0001重量％～10.0重量％，优选为0.001重量％～5.0重量％，更优选为0.01重量％～2.0重量％，在某些情况下，合金组成中的添加元素的混合比例为0.001重量％～1.0重量％，更优选为0.01重量％～0.5重量％，但对该混合比例不加限定，可以在得到所需目的且对所得到的合金的特性不产生实质性地不良影响的范围内改变该混合量。作为代表性的情况，相对于合金中1重量％的Ni，合金组成中的添加元素的混合比例，例如，对于Zr，为0.0001重量％～1.0重量％，优选为0.001重量％～0.5重量％，更优选为0.01重量％～0.1重量％；对于Ti，为0.001重量％～5.0重量％，优选为0.01重量％～1.0重量％，更优选为0.1重量％～0.5重量％；对于Al，为0.001重量％～5.0重量％，优选为0.01重量％～1.5重量％，更优选为0.1重量％～0.8重量％；对于Nb，为0.001重量％～5.0重量％，优选为0.01重量％～1.5重量％，更优选为0.1重量％～0.8重量％，但对该混合比例不加以限定，可以在得到所需目的且对所得到的合金的特性不产生实质性的不良影响的范围内改变该混合量。
在本发明中，根据需要，对添加有无毒化用添加元素的合金原料进行混合，然后，通过加热使合金原料熔融，制成熔融合金。除了真空感应熔炼法(vacuum induction melting；VIM)之外，还可以使用各种公知方法来熔融合金原料。在熔融处理步骤中，也可以向VIM炉中施加氩气等惰性气体的分压。此外，作为其它方法，还可以向VIM炉中通入惰性气体或含有氮气的覆盖用气体。在该惰性气体或覆盖用气体的存在下，熔融的合金适当地被加热至得到预定组成的指定温度或被保持在指定温度下。接着，可以将熔融的合金铸造成锭或指定形状的物体，然后，可以直接冷却或根据需要进行淬火。作为淬火方法，可以举出水淬火、冰水淬火、油淬火、热浴淬火、盐浴淬火、电解淬火、真空淬火、空气淬火、喷射淬火、喷雾淬火、分级淬火、定时淬火、加压淬火、局部淬火、锻造淬火等，可以适当使用适于各种合金的淬火方法。作为代表性的淬火方法，可以举出水淬火、冰水淬火。锭也可以通过进行热挤出、热轧、热拉丝等，加工成所需形状。
进一步地，可以通过熔融急冷法，使合金熔融物形成薄带、细丝等所需形状。该熔融急冷法可以包括液体纺丝法、旋转液中纺丝法、干喷湿纺(キヤベツシユ)法、双辊法、单辊法等。在熔融急冷法中，一般向冷却的金属辊或冷媒流体中喷出熔融金属，使该熔融金属凝固。该冷却的金属辊通常以高速旋转。作为该冷媒流体，可以使用各种流体，只要能得到期望的结果则不加以限定，例如，可以使用含有硅油类的流体。作为该硅油类，可以举出例如，东芝silicone公司制造的聚二甲基硅氧烷TSF451-30或TSF440，但对该硅油类不加以限定。此外，这些硅油类可以单独使用或组合多种使用。此外，为了除去通常的硅油类中所含的低沸点溶剂或溶解的空气等气体，有时也优选将使用的硅油类预先在减压下进行加热以除去所含的低沸点溶剂或溶解的空气等气体。此外，为了使熔融金属在硅油类中急冷凝固来直接制造金属细丝，优选尽可能抑制施加于熔融金属射流的扰乱。因此，优选在熔融金属射流和硅油类之间保持精确的平衡。具体地说，优选对熔融金属射流和硅油类的速度差、粘度的差异、表面张力的差异等进行控制。特别是在本发明中，规定硅油类的粘度是有效的。
旋转液中纺丝法通常是指，在旋转鼓的内侧通过离心力形成液层，通过喷嘴孔喷出熔融金属或熔融合金，使喷出的熔融金属或熔融合金在液层中凝固来制造金属细丝的方法；旋转液中纺丝法是例如下述技术使用水作为冷媒，将熔融态合金向旋转的水冷媒中喷出得到金属细丝。干喷湿纺法是指，例如特开昭49-135820号公报(JP-A-49-135820(December 27，1974))中记载的方法，是将熔融物挤出成熔融长丝状，使该长丝经过所控制的气态界面区域进入液态急冷区域，由此在该液态急冷区域中使长丝和液态介质并流的技术，其中使用的冷媒为流体介质，可以为纯粹的液体、溶液、乳液或固液分散物，该流体介质可以与熔融物反应形成稳定表皮，也可以与熔融喷出物在化学上是非反应性的，因此，在进而选择急冷介质时，考虑熔融喷出物的热容来进行选择，熔融喷出物的热容越大则越优选如下急冷流体更冷的流体和/或比热、密度、蒸发热以及热传导率更高的流体。进一步，关于作为流体的急冷介质的其它的优选性质，一般具有使熔融喷出物的分裂最小的低粘度、非粘性、非毒性、光学透明度，且是廉价的。实际上，分别优选以下流体水、-20℃的23重量％的氯化钠水溶液、-33℃的21.6重量％的氯化镁水溶液、-62℃的51重量％的氯化锌水溶液；进一步可以使用在0℃～100℃下为50厘沲粘度级的道康宁(DowCorning)510流体这样的有机硅急冷流体等。
此外，可以适当地对冷却的合金进行加工。例如，对通过熔融急冷法等得到的薄带、细丝等可以根据需要进行整形等，并将其用于医用装置。此外，对于该合金，为了消除偏析等，可以进一步施加均质化热处理。均质化热处理可以含有热处理和淬火处理。热处理可以从该领域中公知的方法选择加以适用，例如，可以使用电炉等进行热处理。作为代表性的情况，可以在减压或真空下加热。作为典型的情况，例如，加热5小时～30小时、优选8小时～24小时、更优选10小时～20小时。在一具体例中，加热12小时～15小时。作为加热温度，例如，为1400℃以下，代表性的加热温度为900℃～1350℃，优选为1000℃～1300℃，更优选为1050℃～1250℃，但只要能实现所需目的则不对加热温度进行限定。在一具体例中，加热温度为1100℃～1200℃。在均质化热处理中，可以在上述加热处理后进行淬火。淬火方法与上述相同。
于是，在本发明中，通过混合所述添加元素，使由生物用Co-Cr-Mo合金(或无Ni不锈钢)的Ni微量杂质产生的过敏毒性等生物毒性得到无害化。
由此，本发明可以提供生物用Co-Cr-Mo合金(或无Ni不锈钢)的镍毒性的无毒化方法，同时还可以提供Ni的生物毒性被无毒化了的Co-Cr-Mo合金(或无Ni不锈钢合金)以及由该合金制造的生物用材料和人造修补材料。
在本发明的Co-Cr-Mo合金中，通过调整热历史，可以得到消除了内部缺陷的合金。该热历史的调整处理是指，通过锻造将锻造合金中产生的气孔、气泡等压溃、同时也破坏树枝状晶体组织，再通过后续的再结晶退火来形成均一的组织。在组织调整中，通过使用水冷式铜制铸模进行急冷铸造，由此可期望抑制析出物的生长。通过高温锻造等塑性加工，可以期望析出物、金属间化合物等第二相得到精细分散。当在浇铸温度～400℃的温度区域内以1000℃/分钟以上的冷却速度进行冷却时，铸造时的急冷对抑制析出物的生长的影响较为显著。此外，通过高温铸造，树枝状晶体等铸造组织被破坏，形成由微细化至50μm以下的等轴晶粒构成的基质。基质的微细化对耐磨损性的提高也是有效的。
在本发明中，也可以通过选择热处理方法和加工温度来防止σ相的生成。具体地说，在本发明中，可以将高温锻造温度设定为1100℃～1400℃的范围内。将经高温锻造的所述合金保持于室温时，通过采用水冷等急冷可防止σ相生成，并且，第二相不生长而是可作为粒状的析出物或结晶物精细分散于基质中。
对于本发明的合金，可以使用特开昭62-80245公报(JP-A-62-80245(April 13，1987))中公开的金属的气体雾化法(gasatomization)，或者可以适用采用了美国专利第3591362号说明书(US-A-3591362)公开的机械合金法(mechanical alloying)的特开平5-1345号公报(JP-A-5-1345(January 8，1993))公开的技术，从而将本发明的合金制成适于医用装置的形态的合金。例如，可以用气体雾化法，将本发明的含有Ni无毒化用添加元素的合金制成粉末状，采用热机械处理对所得到的粉末进行压缩，制成固体合金，并且根据需要进行锻造处理并进行加工，可以制造出人造修补材料。作为该热机械处理，可以包含热挤出、热轧、热压等。也可以对锻造后的合金实施冷轧、机械加工等。然后，可以对制品进行机械加工以形成光滑的表面，此外，还可以根据需要对该光滑的表面进行处理，实施多孔质被覆。
通过本发明的镍毒性被无毒化了的Co-Cr-Mo合金，可以制造生物用材料和人造修补材料等医用装置。作为该医用装置，包括齿桥、牙根等的牙科材料；人造骨材等修补材料；外科用植入物等，进一步包括生物相容性植入物、关节用植入物、医用人造植入物等。作为植入物材料等，可以举出人造腰、人造膝、人造肩、人造踝、人造肘、其它的人造关节植入物等。使用本发明的合金，还可以制造用于固定骨折部位的构件。作为该构件，包括钉、螺钉、螺母、螺丝、板、针、钩针、钩、支撑器具、埋入基座等。
本发明的将由合金中的Ni产生的生物毒性进行无毒化的技术，也可以应用于无镍不锈钢合金或单纯的无镍不锈钢(Ni-free stainless steel alloy，Ni-free stainless steel)。特别是存在奥氏体类无镍不锈钢，这种无镍不锈钢是通过在铁素体类不锈钢中添加氮来替代镍以使力学强度和耐腐蚀性得到显著提高，但是本发明的将由合金中的Ni产生的生物毒性进行无毒化的技术可以适用于这种无镍不锈钢。作为代表性的无镍不锈钢合金，可以举出例如，在R.C.Gebeau and R.S.BrownAdv.Mater.Process.，159(2001)46-48等中公开的无镍不锈钢合金，作为代表性的合金组成如下所述Cr19.0重量％～23.0重量％；Mn21.0重量％～24.0重量％；Mo0.5重量％～1.5重量％；N219.0重量％～23.0重量％；以及剩余部分为Fe。
其中，由于Ni不可避免地混在原料中，因此，通常含有至少100ppm级～1.0重量％左右的Ni，剩余部分的Fe是指将附带来的痕量杂质除去后的Fe量。
基于上述Co-Cr-Mo合金的上述说明也可以适用于该无镍不锈钢合金(但是，考虑到在熔点上与上述Co-Cr-Mo合金的差异等，改变处理温度等对于所属技术领域的技术人员是显而易见的)。而且，对于无镍不锈钢合金，可以在添加氮之前实施加工，然后，进行氮的吸收来制成所需材料和产品。例如，已知通过在加热成型品的热处理炉内使成型品与氮气接触，使成型品吸收1重量％左右的氮而形成奥氏体。
在本发明中，对生物用Co-Cr-Mo合金例如Co-29Cr-6Mo合金中出现的γ相和ε相的离子溶出行为进行详细研究，结果发现，ε相的离子溶出速度明显慢于γ相的离子溶出速度，基于此，提供了一种抑制离子在生物环境中溶出的技术。迄今为止，尚未发现离子溶出速度因呈现的结晶结构的不同而不同的例子，这是在本发明中初次被明确的认识。因此，本发明提供如下技术通过运用Co-Cr-Mo合金例如Co-29Cr-6Mo合金的组织控制技术，来充分利用作为离子溶出速度较慢的结晶结构的ε相，以降低离子从埋入生物内的Co-Cr-Mo合金例如Co-29Cr-6Mo合金表面溶出的速度，由此抑制过敏发病。
作为生物用Co-Cr-Mo合金，具有实际成果的ASTM F75合金的基本组成为Co-29Cr-6Mo(当然，应该注意各元素的含量具有上述一定的容许范围)，在该合金中，最多含有0.35％的C和1％的Ni。Co-29Cr-6Mo合金的精细组织由FCC相(face-centered cubic phase)和碳化物相构成。此外，除了FCC相(γ相)和碳化物相之外，一般含有少量的HCP相(ε相)。HCP相(close-packed hexagonal phase)是通过在熔解或1000℃以上的高温下实施热处理后，实施急冷处理而形成的ε相(ε马氏体相)。或者HCP相是通过在约1000℃以下且600℃左右的温度区域内实施长时间热处理，因扩散转变析出的ε相(块状ε相)。
在本发明中，只要是作为生物用Co-Cr-Mo合金而已知的合金，则不加以限定，可以考虑使用规定的组织控制技术和离子溶出控制技术，例如，可以对上述Co-Cr-Mo合金使用上述技术。另外，作为Co-Cr-Mo合金，例如包含下述元素Cr25.0重量％～31.0重量％、优选为26.0重量％～30.0重量％、更优选为28.0重量％～29.5重量％；Mo4.0重量％～8.0重量％、优选为5.0重量％～7.0重量％、更优选为5.5重量％～6.5重量％；以及剩余部分为Co。
其中，由于Ni不可避免地混在原料中，因此，通常含有至少0.2重量％～1.0重量％左右的Ni，剩余部分的Co是指将以痕量附带的杂质除去后的Co量，而且还可以不可避免地含有C、Fe、Si、N2、其它微量元素。
在以往的ASTM F75合金中，为了形成碳化物，最多含有0.35％的碳。此外，作为微量的杂质容许最多含有1％的镍。由于这些元素具有提高Co-Cr-Mo合金的堆垛层错能的效果，因此，γ相得到稳定，并且，所得到的构成相为γ相和碳化物相。根据情况，除了γ相和碳化物相以外，有时还含有少量的ε相(马氏体相)，该ε相是通过在熔解或1000℃以上的高温下实施热处理，然后，实施急冷处理而形成的。
与此相对，在本发明中，将碳添加量控制到不析出γ相的程度，以提高ε相的析出比例。由此，可以降低离子溶出速度。此外，通过保持在从低于1000℃左右的温度到600℃左右的温度区域，使块状ε相析出，由此也可以降低离子溶出速度。
本发明提供一种通过对生物用Co-Cr-Mo合金的合金组织进行控制调整，使εHCP相组织富集，从而抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法。对该生物用Co-Cr-Mo合金中的合金组织进行控制调整，可以通过实施下述(1)和/或(2)实现，所述(1)是在合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、Mg组成的组中的元素或化合物；所述(2)是实施适当的热处理。在一种方案中，该添加元素选自由Mg、Al、Ti、Zr和Nb组成的组中的元素。此外，在本发明中，包括下述情况为了控制调整合金组织，使用选自由属于元素周期表第4族的元素组成的组中的元素作为添加元素。该添加元素可以选自由锆和钛组成的组中的元素。更优选该添加元素为锆。调整添加元素的添加量以得到如上期望的效果，并且可以从上述范围选择添加量。该Co-Cr-Mo合金的组织控制可以包括在合金熔炼后，在600℃～1250℃的温度下进行热处理的过程。此外，该Co-Cr-Mo合金的组织控制可以包括对合金组合物实施下述(i)或(ii)的处理，所述(i)是在熔解或1000℃及以上的温度下进行热处理，然后，实施急冷处理；所述(ii)是在约1000℃及以上的温度且在至少550℃～650℃的温度区域内实施长时间的热处理。此外，本发明中的抑制或减少离子从合金中溶出是指，根据目前市售的合金或者公称组成的合金例如Co-29Cr-6Mo合金，通过依照本说明书的试验使离子溶出量得到减少，减少的程度是指，各离子减少的情况、全部离子减少的情况、更成为生物毒性的问题的离子减少的情况等。
本发明提供一种合金，该合金为在生物用Co-Cr-Mo合金的合金组织中，εHCP相组织得到富集，并且，离子从合金中溶出得到抑制或减少的新的Co-Cr-Mo合金。例如，该合金是在Co-Cr-Mo合金的基本组成中添加选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、Mg组成的组中的元素或化合物而得到的合金。该合金可以包括在合金熔炼后，通过在600℃～1250℃的温度下进行热处理，使εHCP相组织得到富集的合金。进一步，该合金可以包括对合金组合物实施下述(i)或(ii)处理，使εHCP相组织得到富集的合金，所述(i)是在熔解或1000℃及以上的温度下进行热处理，然后，实施急冷处理；所述(ii)是在约1000℃及以上的温度且在至少550℃～650℃的温度区域内实施长时间的热处理。本发明还提供一种医用装置，其特征在于，该装置是由富集有εHCP相组织且离子从合金中溶出得到抑制或降低的生物用Co-Cr-Mo合金制造的。与上述同样地，该装置可以是对该Co-Cr-Mo合金施加处理而得到的，所述处理是选自由淬火、金属的气体雾化法、机械合金法、熔融急冷法、热挤出、热轧、热拉丝和锻造组成的组中的处理。
在本发明中，经控制组织所得到的合金(Co-Cr-Mo合金，例如，Co-29Cr-6Mo合金)(也包括控制添加元素来进行组织控制的情况)的生物毒性较小，即可以作为更安全的生物材料，用于人造股关节、支架材料等各种医用装置。对于本组织控制型合金，也应做如下理解关于上述“镍毒性被无毒化了的Co-Cr-Mo合金”所做的技术、加工方法和用途等的说明同样可适用于该组织控制型合金。
在本说明书中，“元素周期表”是指，根据国际纯粹与应用化学联合会(International Union of Pure Applied ChemistryIUPAC)在1989年对无机化学命名法进行修订时所采用的表记方法的元素周期表。
元素周期表第4族的元素是Ti、Zr、Hf等。元素周期表第5族的元素是V、Nb、Ta等。元素周期表第13族的元素是B、Al、Ga、In、Tl等。
实施例下面举出实施例，并对本发明进行具体说明，但是这些实施例仅为了说明本发明、为了参考本发明的具体方式而提供的。这些例子用于说明本发明的特定的具体方式，并非表示对本申请公开的发明范围的限定或限制。应该理解为在本发明中，基于本说明书的思想的各种实施方式是可能的。
除了另外详细记载的实施例之外，全部的实施例是使用标准技术来实施的或是可以实施的，使用的标准技术对于所属技术领域的技术人员来说是周知的且是惯用的。
实施例1(固定微量Ni的添加元素X的研究)在二元相图上，研究与Ni形成化合物的元素且为生物毒性较小的元素。研究结果，选出铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、铌(Nb)作为候补添加元素X。
(样品组成和样品熔解)样品组成如下。
以Co平衡量、Cr29重量％、Mo6重量％、Ni1重量％为对照，在其中分别添加Al0.5重量％、Ti0.3重量％、Zr0.05重量％、Nb0.5重量％。在本样品组成中，为了易于比较Ni的溶出量，特意含有1重量％的Ni。使用高频真空感应熔解炉进行熔解。在将熔液保持于真空的状态下添加碳来进行充分的脱氧处理，然后，加入添加元素X。
(试验样品)试验用合金样品通过熔液锻造装置制造。
用线切割放电加工机将所制造的样品加工成10×30×1mm3的尺寸，为了完全消除偏析而实施均质化热处理(1150℃、12小时→水淬火(waterquenchingW.Q.))。此外，用蒸馏水将试片研磨至SiC 1000#后，通过在丙酮、蒸馏水中超声波清洗各5分钟，以进行充分洗涤，然后，在大气中放置24小时以上以形成大气膜。
(试验方法)对于合金样品的试片，为了更清楚各金属溶出量，并且易于进行比较，使用(1+99)乳酸(1％乳酸水溶液)作为加速试验用试验溶液。
在试验容器中不重叠地加入2片试片，并使该试片完全浸在试验溶液中。此外，使试验溶液的量为30ml。不加入样品的试验溶液进行同样的试验(空白试验)。溶出条件以静置为基本条件，溶液温度为37±1℃，试验时间为7天。
(试验溶液的浓度测定)试验结束后取出试片，用(1+99)硝酸(1％硝酸水溶液)洗涤试片和容器内，然后，进行过滤，并将分析溶液制成一定体积(100ml)。然后，通过ICP发光分光分析法测定金属浓度，使用下式求出各金属溶出量。
Wi＝L(ICi-IBi)/S其中，Wii元素的每单位面积的溶出量(g/cm2)ICi溶出试验后的在溶出状态中的i元素的浓度(g/ml)IBi空白试验溶液中的i元素的浓度的平均值(g/ml)L溶出试验溶液的总量(ml)S试片的总表面积(cm2)。
(试验结果)金属溶出的试验的结果如图1～图5所示。
图1表示1％乳酸中的Co金属溶出量。若以不含有添加元素的Ni为对照，添加有Al、Nb的合金显示出与对照材料基本等量的Co金属溶出量。与此相比，添加有Ti、Zr的合金的Co金属溶出量为对照材料的Co金属溶出量的1/5左右。
图2表示1％乳酸中的Cr金属溶出量。添加有Ti、Zr的合金的Cr金属溶出量与对照材料的Cr金属溶出量相同。添加有Al、Nb的合金的Cr金属溶出量是对照材料的Cr金属溶出量的3倍以上。
图3表示1％乳酸中的Mo金属溶出量。任意一种添加元素的合金样品均显示出比对照材料的溶出量少的溶出量。添加有Al、Nb的合金的Mo金属的溶出量略少于对照材料的Mo金属溶出量，添加有Ti、Zr的合金的Mo金属溶出量为对照材料的Mo金属溶出量的1/10以下。
图4表示1％乳酸中的Ni金属溶出量。添加有Al、Nb合金的Ni溶出量与对照材料大致相同。添加有Ti的合金的Ni溶出量为对照材料的Ni溶出量的1/4以下，进而，在添加有Zr的合金中，完全没有Ni的溶出。
图5表示1％乳酸中的各添加元素的金属溶出量。对于Al的溶出，显示出非常多的溶出量。与此相对，Ti、Zr的溶出量非常少，Nb则完全没有溶出。
(溶出试验总结)对于在Co-29Cr-6Mo-1Ni中添加有0.5Al、0.5Nb的合金，未发现抑制Ni金属的溶出的效果。对于在Co-29Cr-6Mo-1Ni中添加有0.3Ti、0.05Zr的合金，不仅出现了抑制Ni金属的溶出的效果，而且对Ni以外的Co、Mo也出现了抑制溶出的效果。特别是对于添加有0.05Zr的合金，未发现Ni的溶出。
由此可知，抑制Ni的溶出即Ni的固定可以通过添加微量的Ti、Zr来完成。
(拉伸试验结果)在添加有微量Zr的合金中，金属的溶出得到最大的抑制。但是，微量添加对机械特性的影响还不明确。因此，将添加有微量Zr的合金和对照材料的机械特性进行了比较。
图6表示Co-29Cr-6Mo-1Ni合金和Co-29Cr-6Mo-1Ni-0.05Zr合金的公称应力-公称应变曲线。对照材料的断裂应力为807MPa，添加有Zr的合金的断裂应力为1011MPa，显示出高于对照材料的值。此外，对于屈服应力和塑性伸长率，对照材料的值分别为335MPa和16.5％，而添加有Zr的合金的相应值分别为420MPa和23.0％，由此可知，通过添加微量的Zr可以较大地提高机械特性。由此可以认为，微量的Zr没有产生使添加有微量的Zr的合金的机械特性降低的影响。
实施例2样品组成如下。
以Co平衡量、Cr29重量％、Mo6重量％、Ni1重量％为对照，在其中分别添加镧系元素、混合稀土，所述镧系元素是La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，所述混合稀土是La-Ce混合稀土。与实施例1同样，在本样品组成中，为了易于比较Ni的溶出量，特意含有1重量％的Ni。与实施例1同样地处理，可以确认抑制Ni的溶出的效果，即固定Ni的效果。实施例1中观察到的Ni固定的原理在于，添加与Ni结合性较强的元素。但是，若寻求与Ni结合的元素，则发现大多属于吸留氢合金(化合物)，因此，关于镧系元素，由于存在与Ni形成化合物的吸留氢合金，因此，也可以期待与添加Zr同样的效果。同样地，对于无Ni不锈钢合金，例如，对于在Fe-(19-23)Cr-(21-24)Mn-(0.5-1.5)Mo-(0.85-1.1)N的组成中加入Ni的合金，也进行与实施例1相同的操作，可以确认抑制Ni的溶出的效果，即固定Ni的效果。
对于具有与对照合金的样品组成相同的样品，使用MgO坩锅，制备合金样品。若熔液温度保持在1600℃以上，则熔液和MgO坩锅反应使Mg溶出。该溶出的Mg和Ni结合使Ni被固定。或者Mg与Ni的结合物由于比重的关系浮在熔液表面，并作为熔渣被除去，从而引起脱Ni。上述结果表明，使用通常的氧化铝坩锅，并在熔液中添加Mg，由此也可以获得固定Ni的效果。
实施例3样品组成如下。
Co平衡量、Cr29重量％、Mo6重量％、Ni1重量％，与实施例1同样地，在该样品组成中，为了易于比较Ni的溶出量，故意使样品含有1重量％Ni。采用氧化铝(Al2O3)坩锅和氧化镁(MgO)坩锅进行铸造以制造样品。铸造方法如下先将熔液温度暂时保持在1600℃～1650℃以上，然后，在真空状态下向熔液中添加碳，以除去溶在熔液中的氧，然后，将熔液温度降至1400℃～1450℃，并暂时保持该温度，然后，铸入到铸模中。对所制造的样品进行与实施例1相同的处理，并进行了溶出试验。
(试验结果)
对于金属溶出的试验结果如图7～图10所示。此外，以实施例1中使用的Co-29Cr-6Mo-1Ni合金为对照，以用Al2O3坩锅制造的合金为样品A，以用MgO坩锅制造的合金为样品B。
图7表示1％乳酸中的Co金属溶出量。样品A、样品B这两种合金均显示出与对照几乎等量的Co金属溶出量。
图8表示1％乳酸中的Cr金属溶出量。样品A显示出比对照稍多的溶出量，而样品B虽然显示出比对照略少的溶出量，但为同等水平。
图9表示1％乳酸中的Mo金属溶出量。对于Mo的金属溶出量，样品A、样品B这两种合金均显示出为对照的金属溶出量的约1/2的值。
图10表示1％乳酸中的Ni金属溶出量。对于Ni的金属溶出量，样品A、样品B这两种合金均显示出比对照少的值。得到了以样品B、样品A的顺序的抑制结果。
(总结)在使用Al2O3坩锅、MgO坩锅，并将熔液温度保持在1600℃以上时，熔液与坩锅反应，使Al或Mg溶出。该溶出的Al和Mg与Ni结合以固定Ni。或者可以推测，Al和Mg与Ni的结合物因比重差而浮于熔液表面，并作为熔渣被除去，从而引起脱Ni，由此，溶出量降低。
由试验结果可以确认Ni的溶出量得到降低的效果，但是，不能得到如实施例1的添加有Zr的合金的效果。但是，通过在铸造后进行适当的热处理和加工等，可以获得充分的抑制Ni溶出的效果。
实施例4在Co-Cr-Mo合金中添加使堆垛层错能增加的元素，以使合金组织的γ相稳定，并研究离子从所得到的合金中的溶出的量的变化。
(方法)图11表示添加元素对Co的HCP→FCC相变温度(Ms)的影响(C.T.Sims，N.S.Stoloff & W.C.HagelSUPERALLOYSII，Wiley-Interscience(1987)(ISBN0471011479))。纵轴表示添加元素的固溶限，横轴表示每1％的添加元素的Ms的变化温度。从0越向负温度移动(图11中，越向左侧移动)，则Co的堆垛层错能越大，越具有使FCC晶体稳定的效果(左侧)。相反地，从0越向正温度移动(图11中，越向右侧移动)，则Co的堆垛层错能越少，HCP晶体越稳定(右侧)。
通过图11，选择Nb和Zr作为使γ相稳定的元素，对于在Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni合金(将公称组成为Co平衡量、Cr29重量％、Mo6重量％、Ni1重量％作为对比材料，并称为“无添加材料”。其中的1重量％的Ni是故意添加的)中添加有0.3重量％的Nb、0.1重量％的Zr的合金，使用氩弧熔解炉熔炼。在1150℃下保持12小时后，进行水淬火，水淬火后的合金的组织如图12所示。对于组织观察，是对试片用0.3μm的Al2O3粒子进行镜面精加工，然后，用硫酸甲醇进行电解抛光，用光学显微镜观察电解抛光后的合金的组织(而且，在其它的组织观察中也采用同样操作)。
在图12(a)所示的无添加材料的光学显微镜组织中，除了对应于γ相的平滑的组织之外，还观察到很多对应于ε马氏体相的微细的线状组织(条纹)。另一方面，在图12(b)和图12(c)所示的添加有Nb和Zr的材料中，变为几乎为γ相的平滑组织。由此可以确认Nb和Zr的添加使γ相得到稳定。
接着，用下述方法进行离子溶出试验。
(样品制造)对于在Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni合金中添加有0.3重量％的Nb或0.1重量％的Zr的合金，使用氩弧熔解炉进行熔炼。在1150℃下保持12小时后，进行水淬火，对水淬火后的合金的试片用蒸馏水抛光至SiC 1000#，然后，通过在丙酮、蒸馏水中超声波清洗各5分钟以进行充分洗涤，然后，在大气中放置24小时以上以形成大气膜。
(溶出试验方法)与实施例1同样，为了更清楚各金属溶出量或容易进行比较，对合金样品的试片使用(1+99)乳酸作为加速试验用试验溶液。在试验容器中不重叠地放入2片试片，并使该试片完全浸在试验溶液中。此外，使试验溶液的液量为30ml。不加入样品的试验溶液也进行同样的试验(空白试验)。
溶出条件以静置为基本条件，溶液温度为37±1℃，试验时间为7天。
(试验溶液的浓度测定)与实施例1同样地，在试验结束后取出试片，用(1+99)硝酸洗涤试片和容器内，并进行过滤，使分析溶液为一定量(100ml)。然后，通过ICP发光分光分析法测定金属浓度，使用下式求出各金属溶出量。
Wi＝L(ICi-IBi)/S其中，Wii元素的每单位面积的溶出量(g/cm2)ICi溶出试验后的在溶出状态中的i元素的浓度(g/ml)IBi空白试验溶液中的i元素的浓度的平均值(g/ml)L溶出试验溶液的总量(ml)S试片的总表面积(cm2)。
(试验结果)离子溶出试验结果如图13所示。无添加材料中除γ相以外ε相的析出比例较多，与该无添加材料相比，添加有Nb和Zr的γ相比例较多的材料的总的元素溶出量的值较大。但是，可以看出，在添加Zr的材料中，Ni离子的溶出量呈下降趋势。
实施例5在Co-Cr-Mo合金中，添加作为增加堆垛层错能的元素的Zr，并且Zr的添加量从0.05重量％增加至0.3重量％，以改变γ相稳定的程度。研究此时的离子溶出量。
(方法)在Co-29重量％Cr-6重量％Mo-1重量％Ni合金中分别添加0.05重量％、0.1重量％以及0.3重量％的Zr，对该添加Zr后的合金使用氩弧熔解炉进行熔炼。在1150℃下保持12小时后，进行水淬火，水淬火后的合金的组织如图14所示。
图14(a)表示无添加材料的光学显微镜组织，除了对应于γ相的平滑组织之外，还观察到很多对应于ε马氏体相的微细的线状组织(条纹)。另一方面，图14(b)表示添加0.05重量％Zr的材料的光学显微镜组织，与无添加材料相比，提高了条纹的面积分数。据认为，这是由于Zr的添加量为微量，这些微量的Zr与Ni等微量元素形成化合物而被消耗。因此认为，与未添加Zr的材料相比，添加0.05重量％Zr的材料的堆垛层错能略微减少。认为在添加多于0.05重量％的Zr时，则堆垛层错能增加。图14(c)和图14(d)中，Zr添加量增加至0.1重量％、0.3重量％。对应于该添加量，条纹的面积分数减少。由X衍射实验结果可知，γ相的比例增加。
(结果)接着，用与实施例4相同的方法实施离子溶出试验。
对于各试验材料，离子溶出实验结果如图5所示。与无添加的合金相比，由于添加有0.05重量％的Zr的合金中的ε相的比例较多，因此，离子溶出量较少。通过添加0.1％、0.3％的Zr，提高堆垛层错能，使γ相稳定，与此对应的离子的溶出量增加。
以上，对实施例4和实施例5的结果进行总结可知，与析出γFCC组织相比，通过析出εHCP组织可以抑制金属溶出。
产业上的可利用性通过本发明，可以提供通过加入锆等添加元素来抑制或阻止镍产生的生物毒性的显现，同时具有优异的耐腐蚀性、耐磨损性、生物相容性的Co-Cr-Mo合金以及无Ni不锈钢。在本发明中，由于以廉价且简单的方法实现镍的生物毒性的无毒化，因此，所得到的合金成本低，可以应用于广泛的实用用途，例如，用于制造生物相容材料或医用装置。在本发明中，给出了通过控制Co-Cr-Mo合金的组织来生成离子溶出速度较慢的晶体结构的技术，由此，提供了例如通过富集作为离子溶出速度较慢的晶体结构的ε相，来降低离子从埋入生物体内的Co-Cr-Mo合金表面溶出的速度，并对抑制过敏发病等生物毒性的显现进行抑制或阻止的技术，而且，可以应用于广泛的实用用途，例如，可以用于制造生物相容材料或医用装置。
显而易见，除了在上述说明和实施例中特别记载的之外，本发明也能够实现。鉴于上述教导和启示，可以对本发明进行很多的改变和变形，因此，这些改变和变形也落入本申请的权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金的镍毒性的无毒化方法，该方法是将由生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金中的Ni微量杂质产生的生物毒性进行无害化的方法，其特征在于，在所述合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、Mg组成的组中的元素或化合物。
2.如权利要求1所述的镍毒性的无毒化方法，其特征在于，所述添加元素为选自由Mg、Al、Ti、Zr和Nb组成的组中的元素。
3.如权利要求1所述的镍毒性的无毒化方法，该方法是将由生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金中的Ni微量杂质产生的生物毒性进行无害化的方法，其特征在于，在所述合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族的元素组成的组中的元素。
4.如权利要求3所述的镍毒性的无毒化方法，其特征在于，所述添加元素选自由锆和钛组成的组中的元素。
5.如权利要求3所述的镍毒性的无毒化方法，其特征在于，所述添加元素为锆。
6.如权利要求1所述的镍毒性的无毒化方法，其特征在于，所述合金组成中的镍含量为(1)约1.0重量％或1.0重量％以下、(2)约0.5重量％或0.5重量％以下、(3)约0.002重量％或0.002重量％以下、(4)至少100ppm级或100ppm级以下、或者(5)数百ppm级或数百ppm级以下，并且，所述合金是不可避免地混有Ni的合金。
7.如权利要求1～6任意一项所述的生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金的镍毒性的无毒化方法，其特征在于，在所述合金熔炼后，在600℃～1250℃的温度下进行热处理。
8.一种镍毒性被无毒化了的生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金，其特征在于，为了将由生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金中的Ni微量杂质产生的生物毒性进行无害化，在所述合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、Mg组成的组中的元素或化合物。
9.如权利要求8所述的合金，其特征在于，所述合金组成中的镍含量为(1)约1.0重量％或1.0重量％以下、(2)约0.5重量％或0.5重量％以下、(3)约0.002重量％或0.002重量％以下、(4)至少100ppm级或100ppm级以下、或者(5)数百ppm级或数百ppm级以下，并且，所述合金是不可避免地混有Ni的合金。
10.如权利要求8或9所述的镍毒性被无毒化了的生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金，其特征在于，在所述合金熔炼后，在600℃～1250℃的温度下进行热处理。
11.一种医用装置，其特征在于，该装置是由权利要求8所述的镍毒性被无毒化了的生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金制造的。
12.一种医用装置，其特征在于，该装置是对权利要求8所述的镍毒性被无毒化了的生物用Co-Cr-Mo合金或无Ni不锈钢合金施加处理而制造的，所述处理是选自由淬火、金属的气体雾化法、机械合金法、熔融急冷法、热挤出、热轧、热拉丝和锻造组成的组中的处理。
13.一种抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，该方法是抑制生物用Co-Cr-Mo合金中的离子溶出的方法，其特征在于，通过对所述合金组织进行控制调整，使εHCP相组织得到富集。
14.如权利要求13所述的抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，其特征在于，所述生物用Co-Cr-Mo合金的合金组织的控制调整是在所述合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、Mg组成的组中的元素或化合物。
15.如权利要求14所述的抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，其特征在于，所述添加元素为选自由Mg、Al、Ti、Zr和Nb组成的组中的元素。
16.如权利要求14所述的抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，其特征在于，所述添加元素是选自由属于元素周期表第4族的元素组成的组中的元素。
17.如权利要求16所述的抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，其特征在于，所述添加元素是选自由锆和钛组成的组中的元素。
18.如权利要求16所述的抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，其特征在于，所述添加元素为锆。
19.如权利要求14所述的抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，其特征在于，所述合金组成中的镍含量为(1)约1.0重量％或1.0重量％以下、(2)约0.5重量％或0.5重量％以下、(3)约0.002重量％或0.002重量％以下、(4)至少100ppm级或100ppm级以下、或者(5)数百ppm级或数百ppm级以下，并且，所述合金是不可避免地混有Ni的合金。
20.如权利要求14～19任意一项所述的抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，其特征在于，在所述合金熔炼后，在600℃～1250℃的温度下进行热处理。
21.如权利要求14～19任意一项所述的抑制离子从生物用Co-Cr-Mo合金中溶出的方法，其特征在于，对所述合金组合物进行如下(i)或(ii)的处理，所述(i)是在熔化或1000℃及1000℃以上的温度下进行热处理，然后，实施急冷处理；所述(ii)是在约1000℃及1000℃以上的温度且在至少550℃～650℃的温度区域内实施长时间的热处理。
22.一种生物用Co-Cr-Mo合金，其特征在于，在该生物用Co-Cr-Mo合金的合金组织中，εHCP相组织得到富集，并且，离子从所述合金中溶出被抑制或降低。
23.如权利要求22所述的合金，其特征在于，所述合金是在所述生物用Co-Cr-Mo合金组成中添加有选自由属于元素周期表第4族、第5族、第13族的元素、镧系元素、混合稀土、Mg组成的组中的元素或化合物的合金。
24.如权利要求22所述的合金，其特征在于，所述合金组成中的镍含量为(1)约1.0重量％或1.0重量％以下、(2)约0.5重量％或0.5重量％以下、(3)约0.002重量％或0.002重量％以下、(4)至少100ppm级或100ppm级以下、或者(5)数百ppm级或数百ppm级以下，并且，所述合金是不可避免地混有Ni的合金。
25.如权利要求22～24任意一项所述的合金，其特征在于，在所述合金熔炼后，在600℃～1250℃的温度下进行热处理。
26.如权利要求22～24任意一项所述的合金，其特征在于，对所述合金组合物进行如下(i)或(ii)的处理，所述(i)是在熔化或1000℃及1000℃以上的温度下进行热处理，然后，实施急冷处理；所述(ii)是在约1000℃及1000℃以上的温度且在至少550℃～650℃的温度区域内实施长时间的热处理。
27.一种医用装置，其特征在于，该装置是由权利要求22所述的生物用Co-Cr-Mo合金制造的。
全文摘要
本发明提供一种通过组织控制而抑制了离子溶出的生物用Co－Cr－Mo合金及其制造方法；本发明提供一种将由不可避免地存在于生物用Co－Cr－Mo合金或无Ni不锈钢合金中的Ni微量杂质所产生的过敏毒性等生物毒性进行无害化的技术；本发明提供的生物用Co－Cr－Mo合金或无Ni不锈钢合金的镍毒性的无毒化方法，是将因生物用Co－Cr－Mo合金或无Ni不锈钢合金中的Ni微量杂质产生的生物毒性进行无害化的方法，其特征在于，在合金组成中添加选自由属于元素周期表第4族、第5族和第13族的元素组成的组中的元素，特别是添加选自由属于元素周期表第4族的元素组成的组中的元素，优选的所述添加元素为选自由锆和钛组成的组中的元素，更优选所述添加元素为锆。
文档编号A61L27/00GK101052734SQ20058003777
公开日2007年10月10日 申请日期2005年3月28日 优先权日2004年11月19日
发明者千叶晶彦, 黑须信吾, 野村直之 申请人:国立大学法人岩手大学