新型医用钛合金的设计原则

钛及其合金以其良好的综合杌械性能、耐蚀性和优异的生物相容性在矫形外科方面已逐渐成为首选材料;在列入国际标准医用钛合金中的Ti-6Al-4V(ISO5832一3)存在工艺性能差、弹性模量与皮质骨不匹配、含有对人体有害的元素v等缺点;Ti-6Al-7Nb(ISO5832一II)也属于“α+β合金一族,力学性能和Ti-6Al-4V相似,因为用Nb代替了V,所以较Ti-6Al-4V有更好的生物相容性,但合金中仍含有可引起骨质溶解、神经紊乱的可疑元素A1。因而,研制具有更好综合械性能、耐腐蚀性能和生物相容性的新型医用钛合金是非常必要的。接照临床上对外科植入材料的要求和现有医用钛合金存在的问题,所设计的新型医用钛合金应满足以下原则:

(1)不含对人体有害的合金元素,具有良好的生物相容性;

(2)具有良好的耐腐蚀性能;

(3)与人体皮骨更为匹配的容许应变和弹性模量,具有良好的生物力学相容性;

(4)具有650MPa一850MPa的中等强度和较高的塑性;

(5)良好的工艺性能(如良好的铸造、成型、焊接性能等)。

近年来通过大量的实驗研究发现,元素Zr、Ta、Nb、Pa、Pd、Hf这些元素对软组织呈惰性,在人体中具有良好的生物相容性,并且它们的主要腐蚀产物在人体中比较稳定,不易发生水解,具有很好的耐蚀性,研
究证实,元素Zr,Nb,Ta能与Ti作用形成较强的键,起到固溶强化的作用,而且对合金塑性的影响较小。

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