[发明专利]一种低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低磁化率β型Zr‑Nb‑Ta系合金，该合金的重量百分比组成为：铌10％，钽10％～20％，余量为锆和不可避免的杂质且锆的重量百分比>50％，其中钽的重量百分比最好为15％。该合金与天然骨骼的弹性模量更匹配，且磁化率更低。本发明还提供了该β型Zr‑Nb‑Ta系合金的制备方法，将铌的含量设置在α→β相转变的临界点，在此基础上再加入钽作为合金化元素，可在室温下获得亚稳的β‑Zr，同时产生固溶强化作用，提高合金的强度而不影响合金的塑形和加工性能，而且可以增强合金的耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及合金领域，尤其涉及一种低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金及其制备方法。

背景技术

钛及其合金在生物医用植入材料上得到了广泛的应用，尤以β-钛合金的应用最为广泛。但是，β-钛合金弹性模量与天然的人体骨骼的弹性模量不够匹配，容易引起应力屏蔽效应，导致植体周围出现骨吸收，引起植体松动或断裂等现象，不利于骨骼愈合和植入体的长期稳定，对人体容易造成损伤。此外，金属材料在强磁场下会产生磁场扰动，磁场扰动的大小与植入金属材料的磁化率成正相关，当人体植入金属材料后，在使用核磁共振成像技术进行诊断时，由于磁场扰动导致核磁共振的成像失真，降低了诊断结果的准确性。

发明内容

为了克服β-钛合金弹性模量与天然人体骨骼弹性模量不够匹配及高磁化率人体植入材料影响核磁共振成像诊断准确性的问题，本发明提供了一种低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金，该合金的重量百分比组成为：铌10％，钽10％～20％，余量为锆和不可避免的杂质且锆的重量百分比>50％，其中钽的重量百分比最好为15％，该合金与β-钛合金相比与天然骨骼的弹性模量更匹配，且磁化率更低。本发明还提供了一种低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金的制备方法，以纯度超过99.0wt％的海绵锆、铌块和钽块为原材料使用水冷铜坩埚非自耗真空电弧熔炼炉进行熔炼而成，其中锆作为合金基体，铌和钽作为合金化元素，用于调节合金性能。将铌的含量设置在α→β相转变的临界点，在此基础上再加入钽作为合金化元素，可在室温下获得亚稳的β-Zr，同时产生固溶强化作用，提高合金的强度而不影响合金的塑形和加工性能，而且可以增强合金的耐腐蚀性能。本发明还提供了一种使用该β型Zr-Nb-Ta系合金制作人体植入物，使用这种合金制作的人工骨骼、骨骼固定夹与天然的人体骨骼的弹性模量更匹配，降低了应力屏蔽效应，克服了β-钛合金人工植入物导致的植体周围出现骨吸收引起植体松动或断裂，不利于骨骼愈合和植入体的长期稳定，对人体容易造成损伤等问题。使用该β型Zr-Nb-Ta系合金制作的人工骨骼、骨骼固定夹、脏器瓣膜、血管扩张器等由于β型Zr-Nb-Ta系合金具有更低的磁化率，提高了当人体植入金属材料制的植入物后，在使用核磁共振成像技术进行诊断时，由于金属材料的磁场扰动导致核磁共振的成像失真降低诊断结果准确性。

本发明的技术方案如下：

一种低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金，该合金的重量百分比组成为：铌10％，钽10％～20％，余量为锆和不可避免的杂质且锆的重量百分比>50％。

优选的，钽的重量百分比为15％。

一种人体植入物，制作该人体植入物的材料包括β型Zr-Nb-Ta系合金，β型Zr-Nb-Ta系合金重量百分比组成为：铌10％，钽10％～20％，余量为锆和不可避免的杂质且锆的重量百分比>50％。

优选的，制作人体植入物的型Zr-Nb-Ta系合金中，钽的重量百分比15％。

优选的，人体植入物为髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨、骨骼固定夹、肾瓣膜、心瓣膜或血管扩张器。

一种低磁化率β型Zr-Nb-Ta系合金的制备方法，包括步骤：