一种制造医用人造关节的材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗卫生领域，尤其是涉及一种制造医用人造关节的材料。
【背景技术】
[0002]随着现代医学与材料学的发展，医用假肢、人工关节、骨固定器，牙齿植入物，心脏瓣膜罩等用于制造植入人体内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备在医疗卫生领域的应用日益广泛，随着该类手术越来越成熟，人造关节的需求量大幅度增加，并且上述部件在生物相容性、强度、塑性、耐腐蚀性方面有了长足的发展。目前在医学领域中所使用的医用合金有主要有N1-Cr系、Co系，Ti系等，其中Ti系的T1-6A1-4V合金是应用最广泛的医用合金，但近年来发现，T1-6A1-4V合金在使用中会析出极微量的钒和铝离子，其中析出的钒离子有毒性会引起不利的组织反应，铝离子会引起人体神经紊乱，降低细胞适应性等对人体造成危害的缺陷，目前主要的解决方法是通过表面涂层与其它处理技术在一定程度上阻止钒、铝等有毒元素离子的析出，但该方法增加了加工工序的复杂性，提高了成本，并且仍会有一部分钒、铝有毒元素析出，可靠性不能得到保证。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供了一种制造医用人造关节的材料，其具有良好的强度、塑性、耐腐蚀性，并且无毒害，具有良好的生物相容性。
[0004]本发明完整的技术方案为:
[0005]—种制造医用人造关节的材料，其特征在于，所述材料的成分组成为:
[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，余量为 Ti ；
[0007]所述材料由元素粉与合金粉混合而成，其中所述元素粉为:Ti粉、Zr粉的粒度为100-120目；Cu粉、Mo粉的粒度为120-160目；Ca粉、Nb粉、Μη粉、Ge粉的粒度为200-220目，C粉、Mg粉的粒度为220-240目；
[0008]所述的合金粉为:Fe、Ga、Cr、In恪炼成Fe-Cr-1n_Ga合金后制粉，所述的Fe-Cr-1n-Ga合金粉的粒度为80-100目。
[0009]优选的，所述的Fe-Cr-1n-Ga合金粉采用真空感应炉冶炼，首先将Fe、Cr加入感应熔炼炉的坩祸中，抽真空到10 4Pa，吹入氩气保护，加载功率至350KW至合金材料完全融化，加入Ga、In，保温5分钟，随后翻转坩祸，倒入石墨模具中，得到合金铸锭，对上述合金铸锭采用机械粉碎或雾化法制成所需粒度的Fe-Cr-1n-Ga合金粉。
[0010]所述的元素粉选择相应的金属铸锭，清洗后采用机械粉碎或雾化法得到所需粒度的元素粉。
[0011]本发明相对于现有技术的优点为:
[0012]本发明选择与人体内部环境最为兼容的Ti金属作为合金基体，并选择加入Zr、Ge等元素增加了合金的生物相容性，同时Mn、Fe、Mo、Nb等元素在Ti合金中以固溶形式存在，起到固溶强化的作用，是采用本发明材料制得的医用人造关节的强度远大于医用纯钛材料，并且在加工方法上，加入Fe、In、Ga等成分，该成分的加入显著降低了 Ti合金的熔点，使得在制粉的熔炼过程，或者后续的烧结过程，均降低了熔炼或烧结温度，Ca，C、Cr、Cu、Fe、Mg、C等元素形成了多元合金体系，对Ti形成阳极钝化，显著增加了合金的耐腐蚀性，并且通过优化的合金成分设置，使得组分之间形成稳定的结合，该合金材料制得的人造关节在人体内部环境中，Cu、Cr等金属离子不会析出，对人体无害，具有非常良好的生物相容性。该材料的强度对人体内部环境友好，密度低，具有良好的熔炼、烧结加工性能，力学性质接近人骨，耐疲劳、耐腐蚀性能好。
【具体实施方式】
[0013]下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0014]按百分比含量称量好所需的各种高纯金属:其中各材料的成分组成为:
[0015]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，余量为 Ti。
[0016]所述的Fe-Cr-1n-Ga合金粉采用真空感应炉冶炼，首先将Fe、Cr加入感应熔炼炉的坩祸中，抽真空到10 4Pa，吹入氩气保护，加载功率至350KW至合金材料完全融化，加入Ga、In，保温5分钟，随后翻转坩祸，倒入石墨模具中，得到合金铸锭，对上述合金铸锭采用机械粉碎或雾化法制成粒度为80-100目的粉。
[0017]将其余的元素粉选择该元素铸锭，清洗后采用机械粉碎或雾化法制成元素粉，其中，Ti粉、Zr粉的粒度为100-120目，Cu粉、Mo粉的粒度为120-160目，Ca粉、Nb粉、Μη粉、Ge粉的粒度为200-220目，C粉、Mg粉的粒度为220-240目。
[0018]将上述所有粉料加入粘结剂后再双行星混炼机中于140 °C混炼60min制成流变性能均匀的喂料，其中粉末装载量为50vol% ;在注射成形机上向人造关节的模具中直接注射成形，注射温度为160?170°C、注射压力为70?lOOMPa，得到注射坯体；采用溶剂脱脂和热脱脂后，在真空气氛中进行烧结，真空度为1 X 10 4Pa，烧结温度为1100?1800°C，保温时间为220min，得到所述的人造关节。
[0019]优选的，所述材料的成分组成为:
[0020]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，余量为 Ti。
[0021]优选的，所述材料的成分组成为:
[0022]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，余量为 Ti。
【主权项】
1.一种制造医用人造关节的材料，其特征在于，所述材料的成分组成为: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，余量为 Ti ； 所述材料由元素粉与合金粉混合而成，其中所述元素粉为:Ti粉、Zr粉的粒度为100-120目；Cu粉、Mo粉的粒度为120-160目；Ca粉、Nb粉、Μη粉、Ge粉的粒度为200-220目，C粉、Mg粉的粒度为220-240目； 所述的合金粉为:Fe、Ga、Cr、In恪炼成Fe-Cr-1n_Ga合金后制粉，所述的Fe-Cr-1n_Ga合金粉的粒度为80-100目。2.—种如权利要求1所述的制造医用人造关节的材料，其特征在于，所述的Fe-Cr-1n-Ga合金粉采用真空感应炉冶炼，首先将Fe、Cr加入感应熔炼炉的坩祸中，抽真空到10 4Pa，吹入氩气保护，加载功率至350KW至合金材料完全融化，加入Ga、In，保温5分钟，随后翻转坩祸，倒入石墨模具中，得到合金铸锭，对上述合金铸锭采用机械粉碎或雾化法制成所需粒度的Fe-Cr-1n-Ga合金粉。3.一种如权利要求2所述的制造医用人造关节的材料，其特征在于，所述的元素粉选择相应的金属铸锭，清洗后采用机械粉碎或雾化法得到所需粒度的元素粉。
【专利摘要】本发明公开了一种制造医用人造关节的材料，所述材料的成分组成为：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，余量为Ti，本材料的强度远大于医用纯钛材料，对人体内部环境友好，密度低，具有良好的熔炼、烧结加工性能，力学性质接近人骨，耐疲劳、耐腐蚀性能好。
【IPC分类】B22F9/04, C22C14/00, C22C1/02, B22F1/00
【公开号】CN105369062
【申请号】CN201510508544
【发明人】张志军, 赵琼, 孙晓云, 赵丽
【申请人】张志军
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年8月18日