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当代化工研究
wefat
生物制药与研究
医用钛合金的研究与应用
*李璐伶
（山东大学（威海）海洋学院山东264200）
2016-09
摘要：本文介绍了医用铁合金的发展历史，钛合金的设计恶想与制务方法，以及铁合全所前的发展状况和医学应用，其中还包格其他几种新型合金的介结。自前，作为生物学性能化良的金属材料，铁及其合全在医学领成上的应用前景良好。但是，与发达国家相比，我国钛
合全材料的研发与应用还存在一定的差距，缺乏创新能力，在产品做工上不够情期，整体水平较弱，监管力度等方面电有待提高。关键词：钛合全；生物相容性；发展；研究；应用
中图分类号：R
文献标识码：A
ResearchandApplicationofMedicalTitaniumAlloy
Li Luling
(Weihai Marine Institute, Shandong University, Shandong, 264200)
Abstract:This paper introdarces the developmen history of medical ritaniam alloy, design idea, preparation methods, development sitwartion and medical applications of titanitem alloy,which also inclades the introdaction of several new types of alloys. At present, as the biological metal materials with excellent properties, titaniam and its alloy have good application prospecfs in medical field. However; companed with zhe developed cotniries, zhe developmen and applicationt of titaniarmt alloy material in China also has cerfain gap, which is manifested in rhaz lack of innovation ability; nof enough jfine products workmanship and weaker overall level, besides, the supenvision also needs to improve
Key words: zitanitm alloy; biocomparibility; development; research; applicarion
1.引言
医用钛合金作为一种新型合金，同时也是一种载体材料，被广泛应用于肢体植入、替代性功能材料、牙科、医疗器械等相关领域。钛及钛合金有：耐蚀性好、比强度高、弹性模量较低、耐瘦劳、生物相容性好等特点。其中生物相容性好这一特点使其与其他金属相比具有独特的优势，因此在医学领域获得广泛青，但由于其耐磨性及工艺性能不高，
致力于对其进一步的改进工作也在不断进行。 2.医用钛合金的发展历史
1940年初期，钛合金的研发工作开始逐步进行，Bothe 等人将钛应用于老鼠骨中，发现鼠骨与钛的相容性较好，没有不良反应发生。到了20世纪50~60年代，研发出了具有耐高温特性的钛合金，70年代初期又有一批耐蚀钛合金相继研制出，在80年代中期阶段，第2代无钒的a+β型钛合金(Ti-6AI-7Nb和Ti-5AI-2.5Fe)也被研制出，在临床中得到— 定的应用，但该种合金中有毒元素A和Fe会对人体带来一定的伤害，并且该合金的弹性模量还达不到真正股骨的标准会产生“应力屏蔽”使种植体周围出现骨吸收的现象，引起种植体断裂或松动从而导致植入失败。到了1990年伊始，美国和日本开始致力于研究第三代新型的医用钛合金，其中
以β型钛合金为主。 3.β钛合金的研发
合金的制备原理与设计(1)钛合金的选择
在选择适应于医用材料时，对于不同部位，材料的弹性模量、韧性、强度、耐蚀性等相关指标成为考虑的必备因素。于振涛等人将不同金属元素进行实验比较，他们的研究结果显示如下：V，Co，Cd，Cr，Ni，Hg等元素毒性较强，Fe，AI元素次之。在生物体内脾、肝、肾等部位发现有V的离子析出物，其生物毒性较大；而AI元素也会以AI
方方数据
盐形式在体内蓄积从而导致人体的神经系统紊乱以及相应器官受损。Ta，Mo，Zr，Sn，Pd，Hf，Nb等元素生物相容性较好，可以作为合金的添加元素。Mo，Sn，Zr，Ta， Hf，Nb，Pd的化学稳定性好，并且Ta，Nb，Zr，Mo能够使合金的弹性模量降低，因此可以有效改善合金的稳定性能。综上分析，理想的生物医用钛合金可以选择的合金系包括Ti-Mo-Nb、Ti-Zr-Nb、Ti-Zr-Mo-Nb和Ti-Zr-Sn-Mo-Nb等。
(2)钛合金的设计
在合金的设计过程中，d电子设计理论为合金设计的基本方法。基本思想是：通过对Ti及其各添加元素的电子轨道参数进行计算，得到相应的Md值和Bo值，进而对合金的弹性模量和抗拉强度等有关参数进行分析。实验表明，Md 值较低有利于相稳定，B0值较高有利于提高固溶的强化效果。在对介稳定β型钛合金进行设计时，应该控制Md值为 2.35~2.45以及Bo值为2.75~2.85之间。热稳定β型钛合金在进行塑性加工时会发生滑移变形，而介稳定β型钛合金则可发生滑移、马氏体或李生变形(如图1)所示。因而通过控制不同的合金显微组织结构可以使材料性能在较大范围内得以提升。
2.86 2.84F 2.82 2.80 2.78
Slip/twin'M;=R.T
β alloy(74~85))
14
neno
Slip(75~88) 105
ac
2.76(10 2.74F
2.72 2.25
loy
128） α + β alloy
2.302.35
2.40 2.45 2.50
d轨道能级（Md）
图1