专利名称：一种口腔正畸用β钛合金材料的制作方法
技术领域：
本发明属于一种生物医用钛合金材料，特别涉及一种适用于口腔正畸用的e-钛合金材料。
二、 研究
背景技术：
据统计，我国的错颌畸形发病率接近龋齿、牙周病，位居口腔三大疾病之列，发病率高
达80%。过去由于经济发展水平及口腔卫生观念、意识的制约，国人对早期治疗及预防性治疗的认识及合作程度较发达国家明显落后。近年来，随着社会开放、患者治疗意识的提高，我国的口腔正畸临床及科研均得到了前所未有的发展，但由于口腔人力成本较高和材料费用昂贵等原因使目前我国的正畸治疗仍然是一项相对昂贵的医疗项目，根本无法满足日益高涨的社会需求。
口腔正畸材料的发展由上世纪二十年代的黄金正畸丝，到后来的不锈钢丝和钴铬合金，但由于其存在成本价格昂贵、矫治力变化幅度大，不易控制，易造成牙周组织的损伤和牙根吸收等原因而逐渐被目前占市场份额最大的NiTi弓丝所取代。如申请号为200620089848.7、200620089847.2的专利分别提供了一种方形、圆形镍钛合金正畸丝；申请号为200720173761.2的专利提供了一种表面包覆的镍钛合金正畸丝。然而多年临床实验显示Ni元素长期在口腔溶液中有可能溶解成自由单质而对口腔膜和细胞组织都有产生一定的毒性作用，从而开发一种不含Ni元素的e钛弓丝成为新的发展趋势，如美国专利US3767480、 US641935881分别提
供了一种高弹性e钛合金丝作为正畸材料，其优点主要有1)克服了二元钛合金不易弯制成
形与不易焊接的缺点；2)良好的弹性，能产生持久而适中的矫治力，降低患者的痛苦；3)
成型性好，方便医生临床使用。目前进口的正畸用e钛丝(以TMA为例)价格一直居高不
下，很难与普通百姓的消费能力相适应，在国内仅查见公开号为CN1699610A、CN1932059A 、CN1360O73的中国专利分别提供了正畸用e钛合金材料，但这些合金不是含有细胞毒性元素(Al)，就是成本太高(如Au、 Pt元素的加入)、弹性模量较大、熔炼工艺复杂，使其在口腔正畸上的普及和推广受到很大的限制。
三
发明内容
针对现有e钛丝组份成本较高、熔炼困难等缺陷，本发明提出以廉价的、生物相容性较
好的P同晶元素、慢共析元素或部分稀土元素取代TMA丝中的贵金属元素，采用中间合金加入、结合特殊的控制手段和工艺流程，可降低合金体系的熔点与材料成本、减小弹性模量。相对目前使用的进口 TMA丝，优化后的加工工艺可提高产品成品率、因而具有成本低，加工流程縮短等特点，同时改进的配方有利于综合性能的提高。
本发明提供的口腔正畸用e钛合金成分包括钛、钼、铁、锰、锆、锡和少量添加元素，
其中Mo的重量百分比为4 8%， Fe的重量百分比为1~3%， Mn的重量百分比1~3%， Zr的重量百分比为3 5%， Sn的重量百分比为5~8%，添加元素的重量百分比为0.5~1.0%， Ti余量。所包括的添加元素根据性能匹配的要求可调节，至少为La、 Ce的一种。
制备口腔正畸用e钛合金材料的工艺步骤包括配料、合金熔炼、浇注、冷热加工成正畸
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丝。原材料采用海绵钛、海绵锆、高纯钼、高纯锡、铁、锰、稀土，先制备中间合金，然后按一定的比例配成合金材料，再经真空电弧熔炼多次成锭，后经热处理、冷热加工等工序制备典型的正畸弓丝。
本发明具有以下有益效果
1、 以合金元素Fe或Mn，代替或减少P-钛合金中的贵重元素Mo和中性元素Zr，降低了合金体系的熔点与a - P相变温度；
2、 微量稀土元素的加入，可降低TMA杨氏模量和显微硬度，产生适宜的回弹力；
3、 主要技术指标；抗拉强度》102MPa弹性模量》16900MPa弹性》0.002M
四具体实施方式
实施例1:
1、配料
钼80克
海绵锆80克
铁60克
锰40克
锡100克
铈10克
海绵钛余量
总重2000克
2、 熔炼浇铸
首先将海绵钛、合金元素及中间合金放在水冷铜坩埚中，将炉膛抽真空至10—4-10—5Pa，然后输入高纯惰性气体进行一次或数次的反复冲洗，最后使压力保持在5X 104~1X 105Pa之间。通电熔炼时，钨极头阴极和水冷铜坩埚阳极上的引弧端头之间高压放电产生电弧，释放出巨大的热量，使金属在短时间内熔化。将熔化过的铸锭翻转三次进行重熔来保证其成分的均匀性，经冷热加工成丝。
3、 本实施例制备的e钛合金主要技术指标
抗拉强度110.2MPa弹性模量24.8GPa弹性0.005M实施例2:
1、配料
钼励克
海绵锆歸克
铁50克
锰50克
锡120克
镧10克
海绵钛余量
总重2000克
2、 熔炼浇铸
首先将海绵钛、合金元素及中间合金放在水冷铜坩埚中，将炉膛抽真空至10^-icrSpa，然后输入高纯惰性气体进行一次或数次的反复冲洗，最后使压力保持在5X10tlX10卞a之间。通电熔炼时，钨极头阴极和水冷铜坩埚阳极上的引弧端头之间高压放电产生电弧，释放出巨大的热量，使金属在短时间内熔化。将熔化过的铸锭翻转三次进行重熔来保证其成分的均匀性，经冷热加工成丝。
3、 本实施例制备的P钛合金主要技术指标.-抗拉强度104.5MPa
弹性模量23.1GPa弹性0.006M
实施例3:
1、配料
钼 120克
海绵锆 100克
铁 40克
锰 40克
锡 140克
铈 20克海绵钛余量总重2000克
2、 熔炼浇铸
首先将海绵钛、合金元素及中间合金放在水冷铜坩埚中，将炉膛抽真空至10—4-10—5Pa，然后输入高纯惰性气体进行一次或数次的反复冲洗，最后使压力保持在5X10tlXl()Spa之间。通电熔炼时，钨极头阴极和水冷铜坩埚阳极上的引弧端头之间高压放电产生电弧，释放出巨大的热量，使金属在短时间内熔化。将熔化过的铸锭翻转三次进行重熔来保证其成分的均匀性，经冷热加工成丝。
3、 本实施例制备的0钛合金主要技术指标抗拉强度120.0MPa
弹性模量28.4GPa弹性0.004M
实施例4:
1、 配料
钼 140克海绵锆60克
铁30克
锰30克
锡160克
铈10克
镧10克海绵钛余量总重2000克
2、 熔炼浇铸
首先将海绵钛、合金元素及中间合金放在水冷铜坩埚中，将炉膛抽真空至10《1(^Pa，然后输入高纯惰性气体进行一次或数次的反复冲洗，最后使压力保持在5X10^1Xl()Spa之间。通电熔炼时，钨极头阴极和水冷铜坩埚阳极上的引弧端头之间高压放电产生电弧，释放出巨大的热量，使金属在短时间内熔化。将熔化过的铸锭翻转三次进行重熔来保证其成分的均匀性，经冷热加工成丝。
3、 本实施例制备的e钛合金主要技术指标抗拉强度127.3MPa弹性模量29.4GPa弹性0.003M
实施例5:
1、 配料
钼 160克海绵锆80克
铁20克
锰20克
锡 140克
镧20克海绵钛余量总重2000克
2、 熔炼浇铸
首先将海绵钛、合金元素及中间合金放在水冷铜坩埚中，将炉膛抽真空至10《10'spa，然后输入高纯惰性气体进行一次或数次的反复冲洗，最后使压力保持在5X 104~1X 1()Spa之间。通电熔炼时，钨极头阴极和水冷铜坩埚阳极上的引弧端头之间高压放电产生电弧，释放出巨大的热量，使金属在短时间内熔化。将熔化过的铸锭翻转三次进行重熔来保证其成分的均匀性，经冷热加工成丝。
3、 本实施例制备的P钛合金主要技术指标抗拉强度136.7MPa
弹性模量32.1GPa弹性0.002M
实施例6:
1、配料
钼 160克
海绵锆 100克
铁 30克
7锰 30克锡 120克铈 10克镧 10克海绵钛余量总重2000克
2、 熔炼烧铸
首先将海绵钛、合金元素及中间合金放在水冷铜坩埚中，将炉膛抽真空至10气10—spa，然后输入高纯惰性气体进行一次或数次的反复冲洗，最后使压力保持在5X10^1X10Spa之间。通电熔炼时，钨极头阴极和水冷铜坩埚阳极上的引弧端头之间高压放电产生电弧，释放出巨大的热量，使金属在短时间内熔化。将熔化过的铸锭翻转三次进行重熔来保证其成分的均匀性，经冷热加工成丝。
3、 本实施例制备的e钛合金主要技术指标
抗拉强度131.9MPa弹性模量30.3GPa弹性0.003M
实施例7:
1、 配料
钼 120克海绵锆 120克
铁50克
锰30克
锡120克
铈20克海绵钛余量总重2000克
2、 熔炼浇铸
首先将海绵钛、合金元素及中间合金放在水冷铜坩埚中，将炉膛抽真空至l(T4-10-5Pa，然后输入高纯惰性气体进行一次或数次的反复冲洗，最后使压力保持在5X10^1Xl()Spa之间。通电熔炼时，钨极头阴极和水冷铜坩埚阳极上的引弧端头之间高压放电产生电弧，释放出巨大的热量，使金属在短时间内熔化。将熔化过的铸锭翻转三次进行重熔来保证其成分的均匀 性，经冷热加工成丝。
3、本实施例制备的e钛合金主要技术指标 抗拉强度114.8MPa 弹性模量26.2GPa 弹性0.003M。
权利要求
1、一种口腔正畸用β钛合金材料，其特征在于合金成分包括钛、钼、铁、锰、锆、锡和少量添加元素，其中Mo的重量百分比为4～8％，Fe的重量百分比为1～3％，Mn的重量百分比1～3％，Zr的重量百分比为3～5％，Sn的重量百分比为5～8％，添加元素的重量百分比为0.5～1.0％，Ti余量。所包括的添加元素根据性能匹配的要求可调节，至少为La、Ce的一种。
全文摘要
本发明公开了一种口腔正畸用β钛合金，合金成分包括钛、钼、铁、锰、锆、锡和少量添加元素，其中Mo的重量百分比为4～8％，Fe的重量百分比为1～3％，Mn的重量百分比1～3％，Zr的重量百分比为3～5％，Sn的重量百分比为5～8％，添加元素的重量百分比为0.5～1.0％，Ti余量。所包括的添加元素根据性能匹配的要求可调节，至少为La、Ce的一种。材料的性能指标如下抗拉强度100～140MPa，弹性模量20～40GPa，弹性0.002～0.008M。
文档编号C22C14/00GK101519738SQ200910058880
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者朱达川, 蔡志强, 琳 黄 申请人:绵阳美之牙正畸材料有限公司