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新型生物医用钛合金的设计准则

2019-11-16

         近年来,生物材料领域提出了新的医用钛合金设计标准。在钛合金设计的初始阶段,它不如医用钛棒、钛丝等。首先必须了解植入物的类型。对于长期植入人体后无需取出的植入物,植入物和骨骼吸收越快,结合程度越好。对于手术后需要拆卸的植入物,即植入骨髓的一种植入物,如股骨柄、胫骨、肱骨、接骨板固定螺钉和儿童植入物,为了防止钙和磷的沉淀导致植入物长入骨骼,日本学者开发了一系列具有高强度、低弹性模量和优异生物相容性的ti。锆系列合金,Ti−Zr系合金,如Ti−Zr−Nb,Ti−Zr−Nb−Ta,Ti−Zr−Al−V合金。其中,蒂,Ti−30Zr−xMo合金已经完全发展成为可移除植入物的良好材料,。随后,开发了具有自调节弹性模量的钛。Ti−30Zr−7Mo和Ti−30Zr−3Mo−3Cr合合金。这主要是因为一方面锆是骨的成分之一,另一方面,当锆的质量分数达到25%以上时,钙和磷的沉淀可以被抑制。

医用钛棒

290123com澳门天天彩-澳门天天彩8769cc-2021澳门合彩开彩结果      自1999年,已先后开发出Ti−2.5Al−2.5Mo−2.5Zr(TAMZ)(具有我国自主知识产权的医用钛合金)、Ti−25Nb−3Zr−2Sn−3Mo(TLM)、Ti−15Nb−5Zr−3Mo(TLE)、Ti−10Mo−6Zr−4Sn−3Nb(TB12)医用钛合金板、棒、管、丝、箔材及超细晶块体材料等外科植入钛加工材。其中,TLM钛合金不仅剔除了传统医用钛材中含有的Al,V等毒性或过敏性元素,其相组成也非常多样化(α″,ω,α,β),不同组织下的力学性能可调范围大:抗拉强度为645~1270MPa,弹性模量为40~90GPa,疲劳强度为450~720MPa。此类钛棒的性能不仅能够满足目前传统外科植入用钛材所要求的性能指标,而且具有一定的可调性和超弹性,医用钛非常适应用于今后理想外科植入物随人体骨力学参数的自适应调整。目前,围绕TLM钛合金的研究已取得多项国家发明专利。

低弹性模量的TLM钛合金的设计准则是:

(1)选择低成本、无毒性合金元素,并确定以Ti−Nb合金系作为合金设计的基础体系;

(2)采用d电子理论、Mo当量经验公式及Kβ稳定系数相结合的方法,根据钛合金二元相图及d电子轨道相图,选择低弹性模量和能够产生多种亚稳态相变及马氏体的区间,以便获得更加宽泛的性能区间;同时,根据Mo当量及Kβ稳定系数与相变温度曲线图确定钛合金处于介稳状态的参数,依据其性原理计算Sn,Zr,Mo对钛合金强度、弹性模量及马氏体转变温度的影响;

290123com澳门天天彩-澳门天天彩8769cc-2021澳门合彩开彩结果(3)考虑钛合金难加工的工艺性特点,优化、计算并反复预测合金元素及其含量对TLM钛合金生物力学性能的影响,并通过试验检测和进一步优化获得稳定的具有宽泛性能的新型低弹性模量的医用钛合金。

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