生物医用钛合金材料及应用
生物医用钛合金材料及应用
摘要：随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用钛合金的
需求量快速增长。不过，已被广泛应用的TC4及TC4ELI等医用钛合金
中因为V和Al元素存有的致病性，所以新型医用钛合金的研发在我国
具有重大的现实意义和广阔的市场前景。本文简述生物医用钛合金分类，基本性能和应用基础；指出了其在医用领域的发展趋势；并综述
了新型β钛合金的基本加工制备方法和性能评价方法。
关键词：医用钛合金；开发；研究进展；加工制
生物医用钛合金材料是专指用于生物医学工程的一类功能结构材料，具体指是用于外科植入物和矫形器械产品的生产和制造1。钛合金加工材的生产制备涉及冶金，压力加工，复合材料和化工等领域，是
世界上公认的高技术产品。钛及钛合金开始由航天、航空、国防军工
领域逐渐进入到民用消费领域2。诸如医疗卫生行业中的植入物，医疗器械；体育休闲业的钛高尔夫球杆以及钛眼镜架、钛手表、钛自行车
等产品，对钛加工材的需求量在持续增大。随着生物技术的蓬勃发展
和重大突破，生物医用金属材料及其制品产业将发展成为世界经济的
一个支柱产业3。其中，钛及其合金凭借着质轻，弹性模量低，无毒无磁，抗腐蚀，强度高、韧性好等优良的综合性能，于近年来的需求量
也出现了快速稳步的增长4。同时，随着钛合金开始进入整形外科等领域，新的潜在市场需求出现，未来钛合金市场将会出现更快速的增长。
1医用钛合金的研究进展
1.1医用钛合金的分类
钛合金按材料显微组织类型可分为：α型，α+β型和β型钛合金3类。
1.2医用钛合金的发展趋势
经文献调研8-14发现，国内外的相关研究学者一致认为医用钛合金的发展经历了三个标志性的阶段，第一阶段是以纯钛和Ti-6Al-4V 合金为代表的；第二阶段是以Ti-5A1-2.5Fe、Ti-6A1-7Nb为代表的新型α+β型合金；第三阶段是主要开发与研制具有更好生物相容性和更低弹性模量β-钛合金的阶段。理想的生物医用钛合金材料15必须满足有以下条件：良好的生物相容性、弹性模量低、密度低、防腐性能好、无毒、屈服强度高、疲劳寿命长、室温下有较大的塑性、易成形、易铸造等。而当前一直广泛应用于植入物材料的重要合金为Ti-6A1-4V和Ti-6A1-4VELI。有文献报道16-19V元素可引起恶性组织反应，可能对人体产生毒副作用，Al则会引起骨质疏松和精神紊乱等病
症；为了解决此问题，当前生物材料学家便致力于探索与研究不含V、Al的新型生物医用钛合金材料，在此之前很有必要搞清楚什么样的合
金元素是适合添加的既无毒又符合生物相容性原理的。有研究20-23
发现含钼，铌，钽，锆等无毒元素的β钛合金含有较高含量的β稳
定元素，与α+β型钛合金相比，具有较低的弹性模量（E=55~80GPa）以及更好的剪切性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。
2钛合金的应用
2.1钛合金的医用基础
使用钛及钛合金作为人体植入物的优势主要有：（1）密度(20℃)=4.5g/cm3，质轻。植入人体内：减轻人体负荷量，作为医疗器械：减轻医务人员操作负荷。（2）弹性模量低，纯钛为108500MPa，
植入人体内：与人体自然骨更接近，利于接骨，减少骨头对植入物的
应力屏蔽效应。（3）无磁性，不受电磁场和雷雨天气影响，利于使用
后的人体安全。（4）无毒性，作为植入物对人体无毒副作用。（5）
抗腐蚀性（生物惰性金属材料），在人体血液的浸泡环境中有优异的
耐腐蚀性能，保证与人体血液及细胞组织的相容性好，作为植入物不
产生人体污染，不会发生过敏反应，这是钛及钛合金应用的基础条件。（6）强度高、韧性好，因外伤、肿瘤等因素导致骨、关节损害，为建
立稳固的骨支架，必须借助弧型板、螺丝钉、人造骨及关节等，这些
植入物要长期留置于人体内，会受到人体的弯曲、扭转、挤压、肌肉
收缩力等作用，要求植入物具有高的强度和韧性。
2.2钛合金的医用领域及骨科领域
市场情况随着钛合金的开发研制、钛材品种的增多及价格的降低，钛在民用工业中的应用成倍增加。CFDA将医疗器械按照其安全性由高
至低分为三个等级，并分别由三级政府实行监督管理，钛及钛合金材
料的植入物属于第三类医疗器械，并为高值耗材类。细分市场占比超
过5%的子行业包括体外诊断，心脏，影像诊断，骨科，眼科，整形六
大细分领域。其中体外诊断、骨科和心脏介入是国内增速最快的高值
耗材。生物医用钛及其合金材料的应用经历了3个标志性阶段27：应
用初期50年代初，首先在英国和美国，商业纯钛被用来制造接骨板、
螺钉、髓内钉和髋关节。瑞士Mathys公司也采用Ti-6A1-7Nb合金制
造非扩髓带锁髓内钉系统(包括胫骨、肱骨、股骨)及用于治疗股骨颈
骨骨折的中空螺钉等。多孔Ni—Ti(PNT)合金生物活性材料制造颈、腰椎间融合器(Cage)加拿大BIORTHEX公司研制出采用多孔Ni—Ti合金
专利材料ACTIPORE伽制造颈、腰椎间融合器用于骨科脊柱损伤的治疗。新型β钛合金可兼顾骨科，齿科和血管介入等多种用途的先进材料骨
科医疗器械行业占比世界医疗器械市场份额的9%，且仍处于快速增长中。骨科医疗器械市场的主要划分为四个领域创伤、关节、脊柱和其他。其中创伤类是当前唯一没有被外企占据主要市场份额的细分领域，主要原因是该领域产品技术含量较低，易仿制，手术难度较小，众多
二三级医院都可实行，外企无法全面覆盖。创伤类产品能够分为内固
定和外固定器械，内固定创伤类产品包括髓内钉、接骨板和螺钉等，2012年国内骨科市场中创伤占比34%，关节28%，脊柱20%，其他18%。大关节属于高端医疗器械，技术壁垒较高，当前主流医院对骨科材料
的选用上都是以进口为主，在技术、设计、研发、材料、表面处理工艺等方面，国产与进口产品还存有差别。人工关节主要分为人工膝、髋、肘、肩、指、趾关节等，其中最主要的关节置换包括髋关节和膝关节，合计超过世界关节置换市场的95%。脊柱植入器械包括胸腰椎钉板系统，颈椎钉板系统和融合器系统等，其中椎间融合器系统主要用于椎间盘更换的治疗，也是最重要的细分领域，约占整个脊柱植入市场的一半。
3结语
钛合金的优越性能成就了其在医用领域的领先地位。钛合金的材料设计与制备技术随着生物技术的突破和医疗应用的大量需求得到了快速发展。当前生产的医用钛合金主要为α+β型钛合金。从制备工艺来看，TC4(TC4ELI)的生产当前占据主要市场份额。β型钛合金因为在生物相容性和力学相容性方面具有一定的优势，所以已经成为新型医用钛合金的研究热点，是在医用植入物领域最具潜力的技术。今后钛合金的生产技术应向着低模量，高强度，具有良好生物相容性和力学相容性的方向发展。从发展趋势来看，β型钛合金将成为未来发展的方向和医用钛合金市场的主流。
参考文献：
1吴义舟，郭爱红.生物医用钛合金发展和研究现状J.材料开发与应用，2010，25(2)：81-84.
22010-2013年钛合金行业发展前景分析及投资风险预测报告R.2009.
3刘福，吴树建，王立强.新型医用钛合金的特点及发体现状J.材料热处理技术，2008，37(6)：100-103.
5詹文革.生物医用钛及钛合金的研制、生产和应用J.钛工业进展，2007，24（1）：4-8.
生物医用钛合金材料及应用
生物医用钛合金材料的研究进展
XXXX学院 生物材料学期末考查 XXXX学年第一学期 题目：生物医用钛合金材料的研究进展学院：XXX 专业：XXX 班级：XXX 姓名：XXX 学号：XXX XX年XX月XX日
生物医用钛合金材料的研究进展 XXXX XXXX学院 【摘要】：介绍了钛合金属材料的发展历程，应用要求及功能特性，阐述了钛合金材料的医学应用研究与发展前景。 【关键词】：钛合金材料；特性；应用 The application of biological titanium alloy materials XXXX XXXX University Abstract: Introduced the development history,application requirements functional characteristics ; functional properties and application research and development prospect of biological titanium alloy materials. Key Words: biological titanium alloy materials; characteristics; Application 一、简介 生物金属材料是植入人体（或动物体）以修复器官和恢复功能用的金属材料。生物金属材料是一种发展较早的生物材料，它们在医学上的应用已有很长的时间。但近20年来，与发展迅速的医用高分子材料、生物陶瓷材料和天然生物材料相比，医用金属材料的发展较为缓慢，但由于医用金属材料除具有其他材料不能比拟的高机械强度和优良的抗疲劳性外，一些材料还具有一定的韧性，所以目前在临床上仍有广泛的应用。 近年来钛及其合金在临床上的应用有明显主导地位，已逐步取代了Co-Cr合金及其不锈钢，钛及其合金以其与骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性在临床上得到了越来越广泛的应该 二、钛合金材料发展历程 医用钛及钛合金的发展经历了 3 个时代: 第一个时代是α型, 以纯钛和Ti -6 Al- 4 V为代表; 第二个时代是α+ β型, 以Ti-5Al-5Fe 和T i-6Al-7Nb 为代表; 第三个时代是目前正在研制开发的生物相容性更好、弹性模量更低的β型钛合金时代。作为人体植入物的主要金属基生物材料有不锈钢、钴基合金、钛及钛合金。由于在人体环境内不锈钢和钴基合金比较容易发生腐蚀, 溶出Ni、Cr 和Co 元素, 对人体有毒副作用。另外, 不锈钢和钴基合金的弹性模量比人体骨高很多。不锈钢的弹性模量约为210 GPa, 钴基合金的弹性模量约240 GPa, 远高于人体骨约为20~ 30 GPa 的弹性模量。而钛及钛合金以其与人体骨相近的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性能, 而在临床上得到越来越广泛的应用。 从20 世纪60 年代以来, Ti-6Al-4V 和Ti-6A1-4VELI 合金开始大量应用于医用领域。然而, 随着生物医学的发展, Kiviluto、Schiff等人通过对工业上与V 接触的工人观察和动物实验认为, V 对机体有潜在的毒性。S. G. Steineman[ 10]研究V 在兔子体内的植入行为也得出同样结论。由于大量数据证实V 对人体具有毒性作用, 因而自20 世纪80年代以来, 德国和瑞士先后研制出无V 的α+ β型钛合金T i-5Al-5Fe和T i-6Al-7Nb合金。这两种合金的力学性能与T i-6A1-4V 相近, 弹性模量为骨弹性模量的4~ 10 倍, 然而材料性能并没有较大的改进, 而且这些合金仍含有Al 元素。由于20世纪90年代不断有关于Al 对人体存在潜在危害的报告, 因此美国和日本开始研制开发了不含Al、V的低弹性模量的新型生物医用?型钛合金, 例如T i-13Nb-13Zr、T i-12Mo-6Zr-2Fe和T i?35Nb-7Zr-5T a等。 三、生物医用金属的应用要求
钛及钛合金焊接工艺分析正式样本
文件编号：TP-AR-L8424 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编制：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 钛及钛合金焊接工艺分 析正式样本
钛及钛合金焊接工艺分析正式样本 使用注意：该解决方案资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，当前人们逐渐对钛合金焊接技术的应用重视起来。众所周知，钛和钛合金焊接工艺是我们在进行焊接工作中的重点焊接环节，因为钛的比强度相对较高，且钛的耐海水性以及耐低温性也比较高，与此同时，钛也具有无磁透声等和防抗击震动等优点。本文针对当前钛及钛合金焊接形状，对钛及钛合金具体焊接工艺进行详细分析和阐述，希望为我国焊接行业的发展贡献出一份力量。 广义来讲，钛及钛合金是以建筑结构材料形式产生的，同时由于钛及钛合金密度小以及抗拉强度相对
较高等特点现已倍受青睐。而在300摄氏度到500摄氏度的高温状态下，钛合金金属材料仍具有足够高的强度，并且钛及钛合金具有优良抗腐蚀性，被多用于船只建造。 钛及钛合金焊接工艺特点分析 工业纯钛的抗拉强度普遍偏低，要想使得工业纯钛强度达到标准要求，就得对其进行合金元素施加，对工业纯钛进行不同种类元素和不同数量元素的施加会使工业纯钛产生三种不同类型的钛合金。其中，Ti-230材质的钛合金较为常用，一般加力燃烧室滚动轴承通常是由相应支撑环组件和加强环焊接组件共同构成。 钛及钛合金焊接组织和钛及钛合金相关焊接缺陷详述 2.1.钛及钛合金焊接组织
生物医用钛合金材料及应用
生物医用钛合金材料及应用 摘要：随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用钛合金的 需求量快速增长。不过，已被广泛应用的TC4及TC4ELI等医用钛合金 中因为V和Al元素存有的致病性，所以新型医用钛合金的研发在我国 具有重大的现实意义和广阔的市场前景。本文简述生物医用钛合金分类，基本性能和应用基础；指出了其在医用领域的发展趋势；并综述 了新型β钛合金的基本加工制备方法和性能评价方法。 关键词：医用钛合金；开发；研究进展；加工制 生物医用钛合金材料是专指用于生物医学工程的一类功能结构材料，具体指是用于外科植入物和矫形器械产品的生产和制造1。钛合金加工材的生产制备涉及冶金，压力加工，复合材料和化工等领域，是 世界上公认的高技术产品。钛及钛合金开始由航天、航空、国防军工 领域逐渐进入到民用消费领域2。诸如医疗卫生行业中的植入物，医疗器械；体育休闲业的钛高尔夫球杆以及钛眼镜架、钛手表、钛自行车 等产品，对钛加工材的需求量在持续增大。随着生物技术的蓬勃发展 和重大突破，生物医用金属材料及其制品产业将发展成为世界经济的 一个支柱产业3。其中，钛及其合金凭借着质轻，弹性模量低，无毒无磁，抗腐蚀，强度高、韧性好等优良的综合性能，于近年来的需求量 也出现了快速稳步的增长4。同时，随着钛合金开始进入整形外科等领域，新的潜在市场需求出现，未来钛合金市场将会出现更快速的增长。
1医用钛合金的研究进展 1.1医用钛合金的分类 钛合金按材料显微组织类型可分为：α型，α+β型和β型钛合金3类。 1.2医用钛合金的发展趋势 经文献调研8-14发现，国内外的相关研究学者一致认为医用钛合金的发展经历了三个标志性的阶段，第一阶段是以纯钛和Ti-6Al-4V 合金为代表的；第二阶段是以Ti-5A1-2.5Fe、Ti-6A1-7Nb为代表的新型α+β型合金；第三阶段是主要开发与研制具有更好生物相容性和更低弹性模量β-钛合金的阶段。理想的生物医用钛合金材料15必须满足有以下条件：良好的生物相容性、弹性模量低、密度低、防腐性能好、无毒、屈服强度高、疲劳寿命长、室温下有较大的塑性、易成形、易铸造等。而当前一直广泛应用于植入物材料的重要合金为Ti-6A1-4V和Ti-6A1-4VELI。有文献报道16-19V元素可引起恶性组织反应，可能对人体产生毒副作用，Al则会引起骨质疏松和精神紊乱等病
生物医用钛合金材料
发布日期：[2006-12-28] 共阅[2695]次 摘要综述了生物医用钛及其合金材料的最新开发应用进展与市场状况；对我国目前应用生物医用钛及其合金方面存在的问题进行了初步分析；并对这一领域的发展前景进行了展望。关键词生物医用钛及其合金材料；生物相容性；弹性模量；骨整合 1 概述生物医用材料是材料科学的一个重要分支，是用于诊断、治疗或替代人体组织、器官或增进其功能、具有高技术含量和高经济价值的新型载体材料，是材料科学技术中一个正在发展的新领域。生物医用材料对于探索人类生命奥秘、保障人类健康长寿做出更大贡献。近10多年以来，生物医用材料及制品的市场增长率一直保持在20％—25％左右，预计未来10年-15年内，包括生物医用材料在内的医疗器械产业将达到医药制品市场规模，成为21世纪世界经济的支柱产业。在生物医用金属材料中，钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节(髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等)、骨创伤产品(髓内钉、钢板、螺钉等)、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植物产品的首选材料。目前，还没有比钛合金更好的金属材料用于临床。发达国家和世界知名体内植入物产品供应商都非常重视钛合金的研发工作，推出了一系列新的医用钛合金材料，包括具有生物活性的钛合金仿生材料，在医用钛合金材料的表面处理方面也做了很多专利性的设计与开发，赋予医用钛合金材料更好的生物活性以满足人体的生理需要，从而达到使患者早日康复的目的。世界人口近65亿，据不完全统计，伤残者接近4亿，肢体伤残者6000万，牙病患者20亿，目前生物材料器件植入者仅有3500万人，每年关节置换量约150 万例，与实际需要置换者的数量相差甚远。因此，生物医用材料市场需求潜力巨大。而作为生物医用金属材料的首选——钛及其合金需求也将大增，因此加大医用钛合金材料的研发力度势在必行[1]。 2 生物医用钛及其合金材料的发展历程、最新进展及市场状况生物医用钛及其合金材料的发展与应用经历了4个标志性阶段。 2.1 应用初期 50年代初，首先在英国和美国，商业纯钛被用来制造接骨板、螺钉、髓内钉和髋关节。由于接骨板在手术中需要塑形，以便贴敷断骨的生理解剖形状，所以直到现在，经过特殊加工处理的商业纯钛(IS05832-2)仍被用来制造接骨板及配套螺钉，如AO骨内固定植入物产品指定制造商——瑞士马特仕公司(Mathys Medical Ltd.， Switzerland)生产的全系列AO钢板及螺钉，这是高强度钛合金所不能替代的。经临床发现，使用商业纯钛制造髓内钉及髋关节存在着明显的强度、刚度不足的问题。为避免内固定植入物的断裂失效，提高植入物的强度，在英、美、俄、日等国，出现了采用高强度Ti-6A1-4V(IS05832-2)合金替代纯钛材料。 2.2 发展阶段 Ti-6A1-4V合金本身也在发展，出现了具有高断裂韧性、低裂纹扩展速率、低间隙元素型Ti-6A1-4VELI高损伤容限钛合金，直到目前占80％以上钛合金植入物产品仍在使用这种合金。虽然Ti-6A1-4V合金具有优异的性能，但由于V 元素可引起恶性组织反应，可能对人体产生毒副作用，因而促使材料学家研究新的不含V的钛合金材料。自80年代，德国和瑞士的生物材料学家先后研制
带你简单却全面的认识生物医用钛合金
生物医用钛合金 生物医用材料是指和生物系统相作用，用以诊断、治疗修复或替代机体中的组织、器官或增进其功能的材料。可分为医用金属材料、医用高分子材料、医用陶瓷材料等，其中医用金属材料占有很大的比重，特别是骨科产品、心脑血管产品。 由于钛与人体骨骼接近，对人体组织具有良好的生物相容性、无毒副作用，具有其他材料无法比拟的优势,所以医用钛在医疗领域得到了广泛的应用。 生物医用钛合金的优势 ?生物相容性：与人体发生最小的生物学反应，无毒无磁，作为人体植入物，对人体无毒副作用。 ?力学性能：高强度、低弹性模量，既满足力学要求，又与人体自然骨弹性模量相近，可减少应力屏蔽效应，更有利于人骨的生长愈合。 ?耐腐蚀性能：钛合金为生物惰性材料，在人体生理环境下有有意的抗腐蚀性能，对人体生理环境不产生污染。 ?质轻：一般钛合金的密度仅为不锈钢的56%，植入人体后大幅度减轻人体的负荷量。 生物医用钛合金发展历程 金属材料是人类生物医学发展史上最早用于创伤修复和矫形治疗的传统材料。从20世纪30年代起，CoCr合金、不锈钢曾先后被用于医学领域并成为目前传统
的医用金属材料；20世纪40 年代,性能更优异的生物医用钛得到研究并证明了其临床可行性。生物医用钛合金经历了纯钛与Ti-6Al-4V钛合金、改良钛合金、低模量β钛合金三个历程： ?1950-1980年：纯钛首次用于生物医药领域，证实了良好的生物相容性。Ti6Al4V 广泛用于外科修复或替换材料。 ?1980-1990年:证实V、Al是对生物体有毒副作用的元素；开发出以Nb、Fe替代V的第二代改良新型医用钛合金。 ?1990年-至今：90年代初期开发第一个具有更好生物相容性和更低弹性模量的β钛合金Ti13Nb13Zr,从此开启了具有优异性能的生物医用β钛合金的开发和使用。 国内研究现状及问题 我国从20世纪70年代开始医用钛合金材料的研究和应用，经过前期对 Ti-6Al-4V 、Ti-6Al-7Nb、Ti-5Al-2.5Fe医用钛合金的仿制研究，早在1999年西北有色金属研究院在国内首次研制出第一个具有我国自主知识产权近α型新型医用钛合金TAMZ（Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr），综合性能与Ti-6Al-7Nb相当。 在2005年，西北有色院又研制出两种新型高强低模量近β型医用钛合金 TiZrMoNb（TLE）和Ti Zr Sn Mo Nb （TLM）。中科院金属所也开发出新型低模量近β型钛合金Ti -24Nb-4Zr-7.6Sn（Ti 2448）。另外，北京有色院、哈工大、东北大学、天津大学等单位也在开展新型β型钛合金的应用及相关基础研究。 基于我国国情，拥有约13亿人口和6000万残疾人的大国，而且我国正步入老龄化社会，为此要提供大量优质的生物医用材料及器件以供临床诊治的需要。而我国在医用种植体方面的研究起步较晚，目前人工关节近一半需要进口，而牙科种植体以及一些高端植入物更是90%以上使用进口产品，价格十分昂贵，普通工薪阶层的百姓难以承受。因此，开发无毒性、低弹性模量且价格低廉的新型植入用钛合金是一个值得研究的课题。 生物医用钛合金分类及性能 生物医用钛合金按材料显微组织类型可分为α型、α+β型和β型钛合金三类。 目前临床广泛使用的材料仍以纯钛和Ti-6Al-4V合金为主，但β型钛合金由于更低的弹性模量和更好的生物相容性已成为该领域的研究热点，是最有应用前景的生物医用钛合金。 表１是各种生物医用钛合金的力学性能。图1表明各种生物医用合金的弹性模量和人体骨弹性模量的比较。可以看出, 第二代生物医用钛合金弹性模量明显比第一代低,合金设计时Nb含量有增加的趋势且都是β型钛合金, Ti-35Nb-7Zr-5Ta 和Ti-29Nb-13Ta-7.1Zr合金具有最低的弹性模量55MPa, 与人体骨的弹性模量最接近。因此开发较低弹性模量的生物医用β型钛合金已成为该领域的研究热点。 目前国内外研究最为广泛的生物医用超弹性β钛合金是Ti-Nb系超弹性β钛合表1 生物医用钛合金的力学性能
医用钛及钛合金种植体材料的研究进展
医用钛及钛合金种植体材料的研究进展 【摘要】从钛及其合金的成分、组织与性能、钛表面的腐蚀与离子释放、钛及其合金的组织反应和钛的表面活性化处理等四个方面综述了近几年有关钛及其合金种植体材料的研究进展,提出具有合适粗糙度、表面离子释放少的活性表面设计和制作将是今后的重要研究方向之一。 现代科学技术的进步已使得人类能够进行改造和创建新的生命形态，器官的人工化成为当今医学科学的尖端技术之一。其潜在的核心是医用生物材料的开发，医用生物材料的发展将使人们把处理人体失去功能组织的方法由组织去除、组织替代最终实现组织重建[1]。目前，生物材料的世界市场份额已超过120亿美元，而且由于社会的进步、技术的发展和人口老龄化的加剧，它正以7％的速度增长[2]。由于其广阔的应用前景，日本、意大利、美国等发达国家投巨资支持生物材料的研究和开发，我国亦加大了对生物材料领域的资助力度，以对抗激烈的国际竞争。人工牙、人工关节和人工骨等硬组织替代材料在医用生物材料的应用中占有较大比例,并以较快速度增长[3]。 在人工种植体的研究和应用中，钛、钛合金及其磷灰石涂层复合材料一直倍受关注。磷灰石生物陶瓷由于具有良好的生物活性和生物相容性,作为涂层材料，它能促进种植体与骨形成骨性结合，降低种植体金属离子向人体的释放和保护金属表面不受环境因素的影响。对于多孔金属种植体，能够促进骨长入[4]。因此，钛与钛合金表面热喷涂磷灰石涂层种植体材料因其优异的早期临床效应而在研究和应用中日益得到重视[5～10]。但由于金属―陶瓷界面的存在以及喷涂所引起的结晶度的降低，羟基磷灰石的分解与表面粗糙度的提高会导致涂层的剥离[11～13]和植入后涂层表面的溶解[14]，从而影响种植体的长期效果。因此不少学者近年来积极开展了新型钛合金及钛表面活性的研究。与传统的不锈钢和钴基合金相比，钛及其合金由于具有低密度、低模量、高强度、优异的生物相容性和耐腐蚀性等特点而在生物材料领域获得越来越广泛的应用，而且钛在地壳中储量丰富（0.6％,在所有元素中排第9位，在常用金属元素中仅次于铁、镁、铝排第4位），具有进一步开发的潜在优势，是理想的、应用前景广阔的生物医学工程材料。本文从钛及其合金的成分、组织与性能、钛表面的腐蚀与离子释放、钛及其合金的组织反应和钛的表面活性化处理等4个方面综述了近几年有关钛及其合金种植体材料的研究进展。 1钛及其合金的成分、组织与性能 工业纯钛（commercially－puretitanium,CPtitanium）共有4个级别，溶有不同量的H,O,N,C 和Fe。1～4级Ti最大含O量分别为（wt）0.18％,0.25％,0.35％和0.40％;最大含Fe量分别为0.20％,0.30％,0.30％和0.50％。所有4个级别的Ti中N,H,C的最大浓度分别为0.03％,0.015和0.10％[15]。Ti有20余种合金，为临床使用提供了选择的余地。Ti及其合金具有α，β两种同素异形体[16]。有研究表明Ti－6Al－4V合金中的V有毒性和不利的组织反应[17]，Al会引起神经紊乱[18],因此，人们研究和开发了不含Al,V的β型钛合金[19,20]。常用的新型医用纯钛及其合金种植体的成分、组织类型和力学性能汇总如表1所示。 2钛表面的腐蚀与离子释放 Akahori等认为金属生物材料中钛及其合金之所以具有最好的生物相容性，是因为其表面能形成一层极稳定的相－TiO2[22],氧化膜的存在还使钛合金具有优异的耐蚀性[21]。新鲜钛表面可快速形成5～10nm厚的氧化膜，在一定条件下该氧化膜可以生长[15]。可形成的氧化物包括TiO2,TiO,Ti2O3等，有研究者认为其中TiO2最常见，也有人认为Ti2O3占主导地位[23]。Ducheyne等人的研究表明，尽管钛表面被一层热力学稳定的氧化膜覆盖，但植入后钛仍向周围组织和体液释放出腐蚀产物[24]。这种腐蚀产物可引起组织细胞的变性和坏死、非特异性炎症、过敏反应，甚至导致肿瘤的形成[25]。Espoeito等研究者在分析了失败种植
生物医用金属材料
生物医用金属材料 摘要：在概述医用金属材料目前的研究现状、性能和应用的基础上，指出了医 用金属材料应用中目前存在的主要问题，阐述了近些年生物医用金属材料的新进展，并对今后的发展进行展望分析。 关键词：生物医用金属材料现状研究进展 引言： 生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，能够植入生物体或与生物组织相糅合。它的研究及产业化对社会和经济发展的重大作用正日益受到各国政府、产业界和科技界的高度重视。 目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料）以及生物医用复合材料等。 而与其它几种生物材料相比，生物医用金属材料具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。但生物医用金属材料在应用中也面临着一些问题，由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失效，因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料依然是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。 生物医用金属材料 生物医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性材料。通常用于整形外科、牙科等领域，具有治疗、修复固定和置换人体硬组织系统的功能。 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。人类在古代就已经尝试使用外界材料来替换修补缺损的人体组织。在公元前，人类就开始利用天然材料，如象牙，来修复骨组织；到了19世纪，由于金属冶炼技术的发展，人们开始尝试使用多种金属材料，不遗余力地发展生物医用材料，以解救在临床上由于创伤、肿瘤、感染所造成的骨组织缺损患者，如用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙等； 目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛和钛合金等几大类。此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。
钛合金在医疗方面的应用
材料与人类文明 论文 题目：钛合金在医疗方面的应用班级： 姓名： 学号： 【摘要】
钛是非常常见的物质，海绵钛纯度能达到99.9%。钛合金产品的物理、化学性质十分稳定，不会被人体吸收，与体液和药品接触也不会发生化学反应，也不会电离，也不与人体的肌肉骨骼发生反应，因而被人们称为“亲生物金属”。因为钛具有“亲生物”性，钛在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制造人体髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。 【关键词】 材料钛合金文明生物医疗 【正文】 金属材料是最早用于临床医学的生物医用材料，目前用于外科植入物和矫形器械的金属材料主要包括不锈钢、钴基合金和钛合金三大系列，它们占整个生物材料产品市场份额的40% 左右。其中，钛合金已广泛应用于人体硬组织（包括人体躯干中所有的骨骼和牙齿）的缺损、创伤和疾病等修复、矫形及替代等治疗。20 世纪中叶以来，以钛合金为主的医用金属材料开始在人体硬组织的外科植入及人体软组织（包括心脑血管、外周血管及非血管如肝脏、胆道、尿道等）的介入治疗方面显示出独特而神奇的疗效，而钛合金人工关节、牙种植体、血管内支架和心脏瓣膜等具有中国医疗器械用钛合金材料研发、生产与应用、及典型代表性的医疗器械产品的问世，对医学的发展具有划时代的意义和革命性贡献，使得临床治疗从初级的简单“修复、矫形”治疗上升到更高层次的组织与器官的“替代式”治疗，极大改善和提高了人们的生活质量，克服了以往重大疾病 只能单纯依靠药物治疗的不足。 1.钛合金材料在我国的发展历史 上世纪七十年代初，我国开始采用了国产钛及钛合金制品，在北京多家医院，先后采用钛及钛合金人造骨头与关节用于临床治疗应用和研究，制造的髋关节、肘关节、下颌骨等用于临床治疗病人。同时，一些医院与公司的模拟人体体液的浸泡实验，电化学阳极化实验和腐蚀动力学曲线的测定，证明了钛及钛合金人造骨头与关节用于人体具有优异的耐腐蚀性，生物学反应也很小，是一种理想的人体植入物，对植入人体骨头与关节进行力学性能也经过测定，认为钛及钛合金的强度满足了人体植入物的要求。 上世纪八十年代中期以后，我国钛材用于制造人体植入物的数量增加，其中钛形状记忆合金的开发与应用达到国际先进水平。到了九十年代中期，国产钛及钛合金加工材，在矫形外科、神经外科、心血管系统、口腔颌面外科、人体外培养机等方面广泛应用。近５年，国内一大批企业成为钛及不锈钢等人体植入物生产企业。采用钛及钛合金制造的股骨头、髋关节、肱骨、颅骨、膝关节、肘关节、肩关节、掌指关节、颌骨以及心辨膜、肾辨膜、血管扩张器、夹板、假体、紧固
钛及钛合金力学性能
钛及钛合金力学性能 ，物理性能，以及相关介绍等 一。以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考俺的个人观点： 1。内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。 结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。 产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。 2。其他情况下，均建议用外六角螺栓。 3。从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。 4。我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。当然，德标DIN和ISO 的标准正规些。 现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。 二。钛及钛合金 钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。 a.型钛合金
这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。 这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛； TA4，TA5，TA6属Ti-Al二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。 b.型钛合金 这类合金可通过淬火和时效得到强化，其优点是固溶处理状态下塑性很好，易加工成形，在时效状态下强度高。缺点是弹性模量低，耐热性差，焊接性能差，低温塑性不如型合金。 常用牌号为TB2，它可用于整体式固体火箭—冲压发动机的燃气发生器。 c.（+）型钛合金 这类合金的中国产品的牌号有TC1，…，TC4，…，TC10等品种，其中TC1和TC2为低强钛合金，TC3、TC4为中强钛合金，TC10属高强钛合金，TC6，TC9和TC11则属高强耐热钛合金。这类合金兼备钛合金和钛合金的优点。导弹上使用最多的是TC4（Ti-6Al-4V）钛合金，导弹上广泛的采用TC4钛合金制作高压气瓶，受力较大的杆式焊接支架，舵轴以及在较高热环境下工作的结构件，也可用作固体发动机壳体，压气机盘，叶片等。 (3)结构复合材料 复合材料是由两种或两种以上的性状不同的材料经选择、设计、成型而得到的一种宏观多相新材料。其组分可包括金属、非金属等各种材料，按作用又可分为基体材料和增强材料两部分。 三。钛及钛合金力学性能 牌号室温力学性能，不小于高温力学性能，不小于 抗拉强度σbMPa屈服强度σ0.2
生物医用钛合金材料的发展概况
生物医用材料钛合金的发展概况及前景 生物医用材料的发展 生物医用材料在我国起步仅仅20年左右的时间，无论是原始创新的基础研究，还是技术创新性研究，整体水平均落后于发达国家。尽管如此，在国家自然科学基金、“863”项目、“973”项目以及国家科技支撑计划等项目的大力支持下，近些年来我国生物医用材料的研究已从分散、低水平的重复研究，逐步集中于学科发展的方向和前沿，并取得了举世瞩目的蓬勃发展。 骨科修复材料因市场需求巨大，其研究与产业快速发展，在组织工程、药物缓释、纳米材料、血液相容与净化材料、非病毒性基因治疗载体等领域与国际先进水平的差距已逐渐缩小，并取得子一批具有自主知识产权的技术项目。进入21世纪以来，我国生物医用材料加速发展我国生物医用材料研究领域研究论文的发表数量正在大幅度上升、被引用的次数也不断增加，在国际刊物上所占的比重也在提高。 钛合金在生物医学方面的研发史可追溯到20世纪40年代初期，Bothe等人首先把纯钛引入到生物医学领域，他们发现钛与老鼠股骨之间无任何不良反应。10年后Leventhal又进一步研究证实了纯钛的良好生物相容性。但是，由于医用不锈钢、钴铬合金在二次世界大战期间已开始盛行，钛合金在生物医学领域的应用和发展比较缓慢。自从60年代Branemark将纯钛用于口腔种植体后，纯钛作为外科植入件材料才得到了广泛发展，随后α型钛合金Ti3Al2·5V也在临床上被用作股骨和胫骨替换材料。 纯钛等α型钛合金虽然在生理环境中抗腐蚀性优良，但其强度较低、耐磨性较差，从而限制了它在骨科较大承载部位的使用。相比之下，α+β型钛合金
Ti6Al4V具有较高的强度和综合的加工性能，它虽是为航空、航天应用设计的，但70年代后期也被广泛用于制作外科修复或替换材料如接骨板、髋关节、髓内钉等。纯钛、Ti3Al2·5V、Ti6Al4V钛合金属于第一代医用钛合金，这一时期材料和医学工作者是就地取材，没有专门开发针对生物医学工程用的钛合金。 到21世纪80年代中期，临床应用发现进行Ti6Al4V钛合金人工髋关节翻修手术时，假体周围骨组织有黑化和感染现象，随后研究证实V是对生物体有毒副作用的元素，特别是V的生物毒性要超过N，i Cr，而且此类合金的耐蚀性相对较差。到90年代中期，瑞士和德国先后开发出了第二代以Nb，Fe替代V 的α+β型两相医用钛合金Ti6Al7Nb和Ti5Al2·5Fe，而且很快被列入国际生物材料标准，并开始在临床应用。1985年瑞士Sulzer医疗技术公司开始采用Ti6Al7Nb合金制造髋关节柄，并成功投放市场，2000年引入中国，年销数万套。 几种主要的钛合金生物医用材料概述 金属系生物医学工程材料，特别是人体植入材料，应具备下列条件。 生物学条件：具备人体相容性、无异物反应、无变态反应、无致癌性、无抗原性、无毒。还要求具备人体组织的生物亲和性、抗血栓性等人体安全性。力学条件：高强度、高比强度；弹性模量接近骨，能促进材料与人体之间界面的牢固结合；良好的韧性；不发生疲劳现象；高的耐磨耗性。 化学条件：良好的耐蚀性、耐腐蚀疲劳、耐磨耗腐蚀疲劳、不产生有害重金属离子的溶出物。 其他条件：非磁性、加工性能及功能材料特性。 钦和钦合金能够满足这些主要条件。比重小、强度高，能满足牙科、医学界
国内外医用钛及钛合金标准及性能
国内外医用钛及钛合金标准及性能 发布时间：2010-4-17 10:20:42 中国废旧物资网 一、钛在医学中的应用 1、钛作为一种新兴的材料在我国及世界制药工业、手术器械、人体植入物等领域使用已有几十年的历史，并已取得了极大地成功。 2、人体内应外伤、肿瘤造成的骨、关节损伤，采用钛及钛合金可制造人工关节、接骨板和螺钉现已广泛用于临床。还用于髋关节（包括股骨头）、膝关节、肘关节、掌指关节、指间关节、下頜骨、人造椎体（脊柱矫形器）、心脏起搏器外壳、人工心脏（心脏瓣膜）、人工种植牙、以及钛网在头盖骨整形等方面。 3、 对于植入物材料的要求可以归为三个方面：材料与人体的生物相容性、材料在人体环境中的耐腐蚀性和材料的力学性能，作为长期植入材料有下列七项具体要求： ①、耐蚀性; ②、生物相容性； ③、优越的力学性能和疲劳性能； ④、韧性； ⑤、低的弹性模量； ⑥、在组合体中有好的耐磨性； ⑦、令人满意的价格； 4、外科植入物材料主要有：金属、聚合物、陶瓷等，金属材料又包括不锈钢、鈷基合金和钛基合金。 材料性能与骨性能的比较和植入物材料的特性比较见表一和表二。从表二可以看出，不锈钢价格低廉，易于加工，但耐蚀性和生物相容性不如钛合金；鈷鉻合金的耐磨性比钛合金好，但密度较大，太重；钛及钛合金由于比强度高，生物相容性好及耐体液腐蚀性好等特点正日益受到重视。钛合金的不足之处识是耐磨性差、难于铸造，加工性能也差。 二、国内外外科植入物用钛及钛合金加工材标准情况 1、国外外科植入物用加工材标准 纯钛：国际标准化组织 ISO 5832/2 1999E《外科植入物－纯钛加工材》 美国标准：ASTM F67 2006a 《外科植入物用纯钛》 TC4: 国际标准化组织 ISO 5832/3 1996Z 《外科植入物－金属材料－Ti-6Al-4V加工材》ASTM F1472 2002 《外科植入物用Ti-6Al-4V合金加工材》 TC4ELI: ASTM F136 2002a 《外科植入物用Ti-6Al-4VELI（超低间隙）加工材规范》
钛及钛合金基础资料
钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。 产品名称：钛丝 材质：Gr1,Gr2,Gr3,Gr5,Gr5 ELI,TA1,TA2,TC4,BT-14 执行标准：GB/T3623-98,AWSA5.16 AMS,ASTMF 136-84,ASTM F67 产品名称:钛棒 材质:Gr1,Gr2,Gr3,Gr4,Gr5,Gr7,Gr11,Gr12 TA0 TA1 TA2 TA3 TA4 TA5 TA6 TA7 TA9 TA10 TC1 TC2 TC3 TC4 Ti6AL-4V ELT 执行标准:GB/T2965-98,ASTM B 348-83,ASTM F136-95,AMS4928,ASTM F67 产品规格：直径3---200mm 产品名称：钛板 材质: Gr1 Gr2 Gr3 Gr4 Gr5 Gr7 Gr11 Gr12 TA0 TA1 TA2 TA3 TA4 TA5 TA6 TA7 TA9 TA10 TC1 TC2 TC3 TC4 TB2 产品规格:厚度0.3---60mm 宽度：600---1400mm 长度：大于2000mm 执行标准：GB/T3621-94 ASTM B265-ASME GB/T4845-93 AMS 供货形式：热轧退火 钛标准件 材质：纯钛（Gr1,Gr2），合金（6Al-4V) 种类：钛螺丝，钛标准件，钛垫片 钛螺丝标准类型：多款选择，样品或现货 钛螺丝类别有：平头十字机丝、平头内六角机丝、平头机丝半牙、半圆头内六角机丝、半圆头十字机丝、大扁头内六角机丝 钛螺丝规格有：M3、M4、M5、M6、M8、M10、M12、M14、M16、M8、M20、M22、M24、M26、M28、M30
医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的研究进展_陈昌佐
第26卷第1期2014年1月 腐蚀科学与防护技术 CORROSION SCIENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY V ol.26No.1 Jan.2014 专题介绍 医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的 研究进展 陈昌佐1,2丁红燕2周广宏2庄国志1印风2 1.江苏大学材料科学与工程学院镇江212013; 2.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室淮安223003 摘要：综述了医用钛合金常用的化学改性和物理改性方法，介绍了改性后涂层的生物摩擦学性能，并对医用钛合金在提高耐磨性方面的改性技术进行了展望。提出了工艺改进和新材料开发等方面的建议。 关键词：医用钛合金表面改性耐磨性 中图分类号：TH171.1,TG146.2文献标识码：A文章编号：1002-6495(2014)01-0069-04 1前言 目前临床骨科应用最广泛的生物材料多为金属材料，其主要包括不锈钢、钴基合金、钛合金以及形状记忆合金等[1,2]。不锈钢、钴基合金等在临床应用中还存在着诸多问题，如：生物相容性差、组织反应严重、强烈的致敏、致癌反应和易产生应力遮挡等[3]。Ti及钛合金具有低的弹性模量、良好的生物相容性和耐蚀性等优点，在临床应用上得到了广泛使用，如：硬组织替换、血管支架、心脏瓣膜以及各种矫形器械等。 医用钛合金虽然具有优良的耐蚀性和比强度，但其耐磨性相对较差。植入物在磨损条件下容易产生大量的含Ti，Al和V的黑色磨屑，从而导致无菌松动直至关节置换失败。此外，Al，V元素具有潜在的细胞毒性，可能导致表面磷灰石无法生成，特别是Al易引起老年痴呆症。通过钛合金的表面改性或优化材料的成分，减少人工关节在使用过程中的磨粒产生，改善磨损粒子的尺度分布，减轻磨粒的生物学反应是延长人工关节使用寿命的关键[4,5]。表面改性技术可在保留医用钛合金原有的优良性能基础上改善其临床使用性能。本文评述了目前常用的钛合金表面改性方法及其生物摩擦学的研究现状，并对其未来发展趋势进行了展望。 2常用的钛合金表面改性技术及其生物摩擦学性能 2.1化学改性方法 2.1.1微弧氧化法微弧氧化(MAO)技术，或称为等离子氧化技术，是一种在材料表面获得陶瓷涂层的技术。该技术可以在Al，Mg，Ti等金属及其合金表面原位生长一层陶瓷薄膜[6]。MAO陶瓷膜不仅耐磨、耐蚀性好，而且Ca，P元素可直接进入到氧化膜层中，从而提高了生物相容性，在临床植入体手术中已有少量的探索性应用[7]。 Zhou等[8]在TC4合金上通过微弧氧化方法合成了TiO2涂层，并在SBF模拟体液中考察了MAO涂层的摩擦学性能，结果表明，与未经处理的TC4比较，涂层在模拟体液中的摩擦系数降低，磨损体积减少。王凤彪等[9]利用微弧氧化工艺在钛合金表面制备了羟基磷灰石(HA)膜，研究了薄膜在模拟体液中浸泡后的耐磨性。结果表明，膜层随浸泡时间延长而逐渐变厚；浸泡后膜层的摩擦系数随摩擦时间延长先升高后降低，耐磨性呈升高趋势。 2.1.2溶胶凝胶法溶胶-凝胶法(sol-gel)一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的溶胶，然后用浸渍提拉、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于经过清洁处理的基体表面，最后经干燥焙烧，在基体表面形成一层薄膜[10]。 刘颖等[11]通过溶胶凝胶工艺和浸渍提拉技术，以钛酸丁酯为前躯体，加入聚乙二醇作为模板剂，在TC4合金基片上制备了TiO2微纳图案化薄膜，并对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明，制备的薄膜明显改善了钛合金的摩擦磨损性能。张文光等[12]利用静动摩擦系数测定仪评价了TC4合金经碱液热处理、溶胶-凝胶和热氧化3种不同方法处理后的摩擦学性能，结果表明，TiO2溶胶-凝胶薄膜在较高载荷下的耐磨性能较差，而在较低载荷下的耐磨性能较好。 定稿日期：2013-03-29 基金项目：国家自然科学基金项目(51175212)资助 作者简介：陈昌佐，1989年生，硕士生，研究方向为材料的生物摩擦学 通讯作者：丁红燕，E-mail： nanhang1227@https://www.360docs.net/doc/0310690830.html,.
医用钛合金Ti-6Al-4V的可加工性研究
２００６年１２月第３卷第３５期?临床研究? 医用钛合金Ｔｉ一６ＡＩ一４Ｖ的可加工性研究 陈旭辉１．杜巧连２ （１．浙江巴奥米特医药产品有限公司，浙江金华３２１０１６；２．浙江师范大学，浙江金华３２１００４） 【摘要】目的：探讨医用钛合金Ｔｉ一６Ａｌ—４Ｖ的可加工性。方法：在分析医用Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ钛合金材料特性和显微组织结构特征的基础上，通过铣削加工实验，研究了钛合金Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ材料在高速铣削与常规铣削参数条件下的切削加工性。结果：高速铣削比低速铣削表面的显微硬度、表面粗糙度低得多。结论：高速铣削加工技术对于提高钛合金加工效率和改善表面加工质量是非常有效的，值得在生产中推广应用。 【关键词】医用钛合金；Ｔｉ一６刖一４Ｖ；高速铣削；切削加工性 钛合金由于其卓越的抗腐蚀性能和突出的力学性能而成为航空、化工等领域应用非常广泛的结构材料，近年来，由于钛及其合金具有良好的生物相容性，在医药工程领域也得到了广泛的应用。钛合金Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ是１９５４年美国研制成功的第一个实用钛合金，目前已成为钛合金工业中的王牌合金。然而，钛合金属于难加工材料，当钛合金在高温（６００℃以上）时，钛合金的可加工性能很差【ｌ】。此时，其化学活性增大，易与氧、氮及氢等产生反应而使材质劣化，形成硬度很高的硬化层，使后续切削加工相对困难。同时因钛合金材料弹性模量低，弹性回复大，在切削力作用下，客易产生变形，回弹力将使刀具的实际后角减小，加剧后刀面与已加工表面的摩擦。这样往往会引起钛合金工件表面损伤，导致植入物疲劳寿命的降低。医用钛合金ｌＩＩｉ一６Ａｌ—ＩＶ作为骨科植入物材料时，对加工表面质量要求非常高，往往需要精加工生产。在实际零件精加工生产中，常需以已加工表面质量作为衡量切削加工性的一个重要指标脚。为此，如何在精加工生产中获得好的加工表面质量，提高其切削加工性，已成为钛合金加工中一个迫切需要解决的问题。为此，有必要对难加工材料医用钛合金Ｔｉ一６Ａ１＿４Ｖ的可加工性进行深入的探索性研究。 本文以医用Ｔｉ＿６Ａｌ一４Ｖ钛合金的可加工性作为研究目标．在分析医用Ｔｉ一６Ａ１—４Ｖ钛合金材料特性和显微组织结构特征的基础上，通过铣削加工实验，研究了钛合金Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ材料在高速铣削与常规铣削参数条件下的切削加工性。研究表明．高速铣削在提高制造效率和改善表面质量上都是非常有益的，值得在生产中推广应用。 １医用钛合金Ｔ硒Ａｌ—４Ｖ材料特性分析 钛合金Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ，含９０％的钛。６％的铝和４％的钒，该材料抗疲劳强度大、重量轻、耐腐蚀、生物相容性好，是国际公认的安全系数比较高的植入物材料，且此材料不影响核磁共振和ＣＴ病情检查。钛是同素异构体，熔点为１７２０℃，在低于８８２℃时呈密排六方晶格结构，称ｏ【钛；在８８２℃以上呈体心立方品格结构，称为Ｂ钛。利用钛的上述两种结构特点．添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，按其使用状态常分为：ｄ型钛合金、Ｂ型钛合金、（０【＋ｐ）型钛合金。仅钛合金的切削加工性最好，（仪＋Ｂ）钛合金次之，Ｂ钛合金最差。三种钛合金中最常用的是：ｄ型钛合金和（０【＋ｐ）型钛合金。医用Ｔｉ一６Ａｌ一４ｖ钛合金属于（０【＋Ｂ）型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。其主要有以下特性： １．１比强度大 医用Ｔ“ＡＨＶ钛合金的强度６—９００ＭＰａ，密度＾ｙ＝４．４５×１０３ｋ咖３。 １．２钛合金热导率低 钛合金的热导率为铁的１／５，铝的１，ｌＯ．医用Ｔｉ一６Ａｌ－４Ｖ钛合金热导率入＝７．９５５Ｗ／ｍ?ｋ。钛合金材料的热导率低，造成切削过程散热差，致使刀具的切削刃的温度大幅度增高，刀具磨损加快，寿命缩短。 １．３钛舍金的弹性模量较低 医用Ｔ■６Ａ１４Ｖ钛合金的弹性模量Ｅ＝１１０ＧＰａ，约为钢的ｌ，２。故钛合金加工时容易产生变形。 材料的切削加工性可从切削的刀具耐用度、加工表面的质量、切屑形成和排屑的难易程度等方面进行衡量．钛合金材料属难加工材料圈。 ２显微组织结构试验分析 从Ｔｉ一６Ａｌ＿４Ｖ钛合金实验材料上，截取一块试样ｆ１０ｍｍ×１０Ⅱ盥×１０ｍｍ），用不同号数的砂布获得高质量的磨片标本，然后进行试样的抛光，最后用氢氟酸、硝酸、蒸馏水按ｌ：１：２０配比的溶液金相腐蚀处理几秒钟。通过ＳＳ５５０型扫描电镜放大７００倍得到Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ钛合金的金相显微照片（图１）。 圈１‘丌－６Ａｌ＿４Ｖ钛合金的金相显微照片 ＣＨｌＮＡＭＥＤＩＣＡＬ ＨＥＲＡＬＤ∞国医历导报３３