[发明专利]制造用于生物医学设备的钛合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有超弹性和/或形状记忆性质的钛合金的方法，其用来制造在生物医学领域中使用的设备，例如牙髓锉、弧光灯、线和畸齿矫正弹簧、牙种植体、心血管或肺部支架、用于心血管外科手术的导线和导管以及用于骨外科手术的钉和关节假体。

本发明还涉及通过使用该方法获得的合金，以及包括这种合金的生物医学设备。

背景技术

在生物医学领域，首先从机械学角度考虑到在人体的一部分(例如作为畸齿矫正应用的一部分的牙齿)上实施的目的以及其次从生物学角度，例如以上作为示例列出的设备和元件，需要具有完全不同的特性，以避免或最小化与设备跟人体或器官的部分接触相关的反应或影响。

所希望的或甚至必须的一些技术特性中包括最大可能可恢复的弹性范围(超弹性的性质)、低刚度、优良的化学生物相容性、对于腐蚀或杀菌产品的高耐受性、免除机械加工和冷加工以及对于表面磨损的提高的硬度和耐受性。

通过已知的方式，已经尝试调和这些通常互相矛盾的约束条件。

在生物医学领域中当前使用的超弹性和/或形状记忆合金为钛镍型。

然而，尽管镍的机械性质具有有用性，尤其是超弹性和/或形状记忆的有用性，然而已知镍是可以引起身体过敏的，并且能够导致炎症反应。此外，钛镍合金提供的欠佳机械加工性，其导致牙髓锉的过早破坏(参见例如：Oiknine M.,Benizri J.,REV.ODONT.STOMATO.36(2007)109-123)并且在低温时难以形成。

这些已知的合金具有超弹性的性质是因为通过转换成可逆的(正交晶的)α″马氏体相(立方的)β母相的应力诱导的不稳定(Kim H.Y.,Ikehara Y.,et al,ACTA MATERIALIA54(2006)2419-2429)。

进一步，不含镍的钛合金(称为“橡胶金属”，Saito T.,Furuta T.et al,SCIENCE300(2003)464-467)是已知的，并且被认为是超弹性的，因为即使在压力下它们不显示马氏体相变，它们也具有低刚性和非常高的可恢复弹性。

此外，不含镍的钛合金在法国专利2848810、美国专利申请2007/0137742和专利申请WO2005/093109中已知。

然而，在它们的机械性质和生物相容性两个方面(尤其是在表面上)，在现有技术中提出的合金不能令人满意地满足所有需要的全部标准。

例如，在生物相容性方面，上述法国专利提供了使用基于等离子体的技术利用沉积氮化物的合金表面处理。

然而，这一已知的技术并不令人满意。等离子沉积并没有使得沉积氮化物的平坦涂层成为可能。这在设备或元件具有不易接近的特定的形状或部分或区域(例如凹面等等)的情况下有有害或不利的后果。

进一步，法国专利描述了一种方法，其并不适用于形状记忆和/或超弹性合金。

尽管大部分合金因此由钛和镍制成，由不含镍的钛制成的超弹性的合金最近已经提出，其在低温时特别容易变形。JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL MATERIALS3(2010)559-564中Bertrand E.,Gloriant T.等的文章“Synthesis and characterization of a new superelastic Ti-25Ta-25Nb biomedical alloy”显示了这种不含镍的钛合金。

由此，根据本发明的方法通过提出具有超弹性和/或形状记忆性质的用于生物医学应用的钛合金的制造和表面处理使得解决现有技术的问题成为可能，其满足上述所有的机械条件并且进一步是对现有技术关于表面硬度、免除冷加工和机械加工以及还有对杀菌的耐受性的改善，同时还具有完全的生物相容性。

发明内容

为了该目的，根据本发明，制造用于生物医学应用的不含镍且具有超弹性和/或形状记忆性质的钛合金的方法是包括以下连续阶段的类型：

-通过真空熔化构成所需要的合金的金属制备铸块；

-通过在第一温度(具体高于900℃)退火将铸块真空均质化，其由提高铸块的温度以及将其保持在该温度以容许完全均质化的一段时间组成；

-第一次淬火；

-例如通过轧制、拉拔、机械加工等等在室温下机械成形；

-以超过β转变温度进行用于在β相中再熔化的热处理，其由将温度提高至第二所需的温度并且在该温度下保持一段时间组成；

-第二次淬火；