专利名称：：用于修复齿科的高模量无毒钛合金及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于修复齿科的高模量无毒钛合金及其制备方法，属于医用合金材料技术。
背景技术：
：钛及其合金以其良好的机械性能、耐蚀性和优异的生物相容性广泛应用于整形外科、种植以及口腔修复等医学领域。目前在口腔修复领域广泛应用的主要是纯钛和Ti-6A1-4V合金。然而，过多年临床观察，钛及Ti-6Al-4V合金应用于口腔修复都存在其一定的局限性。纯钛抗拉强度低，耐磨性较差，用于活动义齿修复机械性能略显不足，用于固定义齿耐磨性不理想。Ti-6A1-4V也是常用的医用钛合金，Ti-6A1-4V抗拉强度为965MPa，弹性模量达110GPa，满足义齿修复要求，但实践证明Ti-6A1-4V生物相容性较差，在长期使用过程中会析出微量的A1和V元素，V有很强的细胞毒性，Al与Alzheimer's病的发生有关。理想的口腔修复用钛合金的所需要的性能包括较好的生物相容性，较高的弹性模量，合适的硬度、较好的塑性、良好的耐摩擦性能，良好的铸造流动性等，以适应口腔修复临床及技工室操作的需要。目前，国内外学者在口腔医学用钛合金方面做了大量的工作，但研究工作主要集中低模量植入用卩型钛合金，不能满足临床口腔修复用钛合金对高弹性模量等机械性能的要求，或者含有A1、Mo及等有毒元素使其生物相容性差。有鉴于此，在科学试验的基础上现提出本发明。
发明内容本发明目的是在于提供一种用于修复齿科的高模量无毒钛合金及其制备方法，该钛合金无毒、高强度、高模量、耐蚀、易加工成型和生物相容性好，其制备方法简单。本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种用于修复齿科的高模量无毒钛合金，其特征在于，该钛合金由以下组分及其各组分的质量百分含量组成锆(Zr):5-15%;铌(Nb):5-20%;锡(Sn):2-10%，余量为钛(Ti)，各组分的质量百分含量之和为100%。该合金的制备方法，其特征在于包括以下过程(1)将质量99.5-99.99%锡粒、质量99.5-99.99%海绵钛、质量99.5-99.99%海绵锆和质量99.5-99.99%铌，按质量比(2-10):(55-88):(5-15):(5-20)，依次放入柑锅中；在真空非自耗电弧炉中，真空度为10"-10-Spa、工作电流500-800A、工作电压为10-20V、起弧时间1-2分钟，进行3-4次熔炼成铸锭。(2)将熔炼后的铸锭置于高温炉中，在温度1050。C-120(TC下保温10-15分钟后出炉进行开坯。在温度80(TC-90(TC经塑性加工成型，将加工成型的合金置于真空炉中，在真空度为l(T2-10—5Pa，温度50(TC-60(TC下进行真空时效热处理，保温时间为0-4小时。采用去离子水或超声清洗对所制备合金进行表面清洁处理。本发明的优点在于，选择了无毒且生物学性能良好的Nb、Zr及Sn作为钛合金添加元素，所制备合金生物相容性优良。同时，该合金机械性能优良，合金强度高达800-900MPa、弹性模量大于100GPa与Ti6A14V合金模量相近，铸锭加工成型性好、以及具有较高的韧塑性延伸率大于8%，可满足齿科修复高模量和高抗拉强度性能要求。具体实施方式实施例h将质量99.9%锡粒l.Og、质量99.9%海绵钛30.1g、质量99.9%海绵锆5.1g和质量99.9。/。铌4.0g，依次加入坩锅中，在真空度为l(T2Pa，工作电流600A，工作电压为13V，起弧时间2分钟，进行4次反复熔炼最终制备成铸锭。将熔炼后的铸锭在120(TC下保温10分钟后进行开坯，在90(TC经塑性加工成型。对所得合金在58(TC下进行真空时效处理，保温时间为2小时。采用去离子水清洁表面。根据国家标准GB6397-8测得本实施例的合金力学性能见表1所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>实施例2:将质量99.9%锡粒l.Og、质量99.9%海绵钛29.4、质量99.9%海绵锆6.^和质量99.9V。铌4.0g，依次加入坩锅中，在真空度为lO"Pa，工作电流800A，工作电压为IOV，起弧时间1分钟，进行4次反复熔炼最终制备成铸锭。将熔炼后的铸锭在温度120(TC下保温10分钟后进行开坯，在温度90(TC经塑性加工成型。对所得合金在温度58(TC下进行真空时效处理，保温时间为2小时。采用去离子水清洁表面。实施例3:将质量99.9%锡粒4g、质量99.9%海绵钛27g、质量99.9%海绵锆5g和质量99.9%铌4.0g，依次加入坩锅中，在真空度为10—2Pa，工作电流750A，工作电压为IIV，起弧时间1分钟，进行4次反复熔炼最终制备成铸锭.。将熔炼后的铸锭在温度105(TC下保温B分钟后进行开坯，在温度80(TC经塑性加工成型。对所得合金在温度50(TC下进行真空时效处理，保温时间为3小时。采用去离子水清洁表面。实施例4:将质量99.9%锡粒1.0g、质量99.9%海绵钛28g、质量99.9%海绵锆5g和质量99.9%铌6g，依次加入坩锅中，在真空度为l(^Pa，工作电流500A，工作电压为20V，起弧时间2分钟，进行4次反复熔炼最终制备成铸锭。将熔炼后的铸锭在温度IIO(TC下保温15分钟后进行开坯，在温度850。C经塑性加工成型。对所得合金在温度60(TC下进行真空时效处理，保温时间为4小时。采用超声清洗清洁表面。权利要求1.一种用于修复齿科的高模量无毒钛合金，其特征在于，该钛合金由以下组分及其各组分的质量百分含量组成锆5-15％；铌5-20％；锡2-10％，余量为钛，各组分的质量百分含量之和为100％。2.—种权利要求1所述的用于修复齿科的高模量无毒钛合金的制备方法，其特征在于包括以下过程(1)将质量99.5-99.99%锡粒、质量99.5-99.99%海绵钛、质量99.5-99.99%海绵锆和质量99.5-99.99%铌，按质量比(2-10):(55-88):(5-15):(5-20)，依次放入坩锅中；在真空非自耗电弧炉中，真空度为10-l-10-3Pa、工作电流500-800A、工作电压为10-20V、起弧时间1-2分钟，进行3-4次熔炼成铸锭；(2)将熔炼后的铸锭置于高温炉中，在温度1050。C-120(TC下保温10-15分钟后出炉进行开坯，在温度80(TC-90(TC经塑性加工成型，将加工成型的合金置于真空炉中，在真空度为l(T2-l(T5Pa，温度500。C-60(TC下进行真空时效热处理，保温时间为0-4小时，采用去离子水或超声清洗对所制备钛合金进行表面清洁处理。全文摘要本发明公开了一种用于修复齿科的高模量无毒钛合金及其制备方法，属于医用合金材料技术。所述的钛合金组成为锆5-15％；铌5-20％；锡2-10％，余量为钛。其制备过程包括将锡粒、海绵钛、海绵锆和铌，按质量比(2-10)∶(55-88)∶(5-15)∶(5-20)依次放入坩锅中；在真空非自耗电弧炉中熔炼成铸锭；将熔炼后的铸锭进行塑性加工成型，随后将钛合金进行真空时效热处理，最后对所制备钛合金进行表面清洁处理。本发明的优点在于，选择了无毒且生物学性能良好的Nb、Zr及Sn作为钛合金添加元素，所制备合金机械性能优良，铸锭加工成型性好，可满足齿科修复高模量和高抗拉强度性能要求。文档编号C22C1/02GK101353740SQ20081015135公开日2009年1月28日申请日期2008年9月18日优先权日2008年9月18日发明者张连云,李长义,邓嘉胤,高秀芳,强魏申请人:天津大学