[发明专利]一种用于生物材料的Co基块体非晶态合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于生物材料的Co基块体非晶态合金及其制备方法。其制备过程如下：精确称量后，在高纯氩气的保护气下用火枪制成合金，再通过B₂O₃介质在高温炉中对合金长时间的提纯后对J形石英管抽真空。用高温火枪使合金熔化后，向石英试管中通入1.5×10⁵ Pa氩气，将位于J形石英试管的上部粗石英试管的合金溶液吹入下部细石英试管部分，并在1300 ^oC的高温炉内保温1分钟，然后迅速取出石英管插入水中，形成最大直径为1.5 mm的棒状Co₆₀Cr₁₀Mo₁₀P₁₄B₆块体非晶态合金。测试结果显示，相比于医用CoCrMo生物合金，本发明制备出的Co₆₀Cr₁₀Mo₁₀P₁₄B₆块体非晶态合金具有更优的抗蚀性和生物兼容性，因而可用于生物移植材料的连接件。

技术领域

本发明属于块体非晶态合金及其制备的技术领域，涉及利用氧化物净化技术以及石英试管吹铸技术进行非晶态合金的制备，以及用于生物材料的Co基块体非晶态合金的制备及其性能研究。

背景技术

非晶态合金的微观结构中原子排列不具备长程有序，故与传统的晶态合金材料相比，表现出许多优异的性能，如优异的机械性能和磁性能，极强的抗腐蚀性，以及特有的光电特性等等，这使得非晶态合金展现出广泛的应用前景。自上世纪60年代以来，一直是新型材料研究的热点之一。在过去的二十年里，经过众多学者的艰辛探索，块体非晶态合金的制备研究取得了许多重大的进展。大量具有较大玻璃化形成能力（GFA，Glass FormationAbility）的Pd基，Zr基，La基，Mg基，Cu基，Ti基和Fe基等多组元块体非晶态合金系统已被发现，它们的临界尺寸从几毫米至上百毫米不等。这些块体非晶态合金展现出许多优异的性能，成为目前材料研究中最活跃的领域之一，一些优秀的评论也对这方面的研究进行了总结，参阅2004年Mater. Sci. Eng. R: Rep第44卷第45-47页。

1992年，Inoue等人用铜模铸造技术制备出临界尺寸达7 mm的Mg₆₅Cu₂₅Y₁₀块状非晶态合金样品。其主要由熔炼母合金的缸套与活塞，施加高压的水压机，耐高压的铸造铜模，以及能够在浇注之前迅速除去坩埚和铜模中气体的抽气系统组成。通过铜模的快速传递热量，来提高其冷却速度。参阅1992年Mater. Trans. JIM第33卷第938页。

Inoue等人发明的铜模铸造技术是目前国际上制备块体非晶态合金的主流方法。然而，这种方法存在一些弊端。该技术中使用的容器是铜模，虽然铜有大的热传导系数，使样品获得较大的冷速，但晶态的铜会成为潜在的非均匀形核位置，这对于非晶态合金的制备是不利的，在铜模铸造技术中，结晶经常从熔融合金与铜模接触的地方开始，就应证了这一点。因此，在本发明中，我们利用惰性的特制石英试管来代替铜模。相比于铜模，惰性的石英试管不是有效的非均匀形核位置，这对制备非晶态合金是有利的。

生物医用材料是指具有特殊性能和特种功能，用于人工器官置换、外科修复、理疗康复、诊断、检查、治疗疾病等医疗、保健领域，对人体组织、血液不会产生不良影响的材料。常用的医用生物合金材料主要包括四类：316不锈钢，Ti合金，CoCrMo合金和其他类合金材料（包括Ni-Ti形状记忆合金，可降解的Mg基和Ca基合金）。其中，CoCrMo合金具有相对高的密度（8.9 g.cm^-3)、高的硬度（300-400维氏硬度）、高的极限强度（655-1300 GPa）和高的弹性模量(210-253 GPa)，同时展现了优异的抗腐蚀性能和抗磨损性能，被广泛用于人工器官，主要包括：起搏器、心脏瓣膜、人工关节、骨板、骨螺钉、缝线、牙种植体，以及药物和生物活性物质控释载体等。