新型生物医用钛合金组织与性能研究进展

文章综述了传统生物医用钛材料及新型医用钛合金组织与性能的研究发展现状,重点介绍了国内外对目前热点研究的新型医用β型钛合金在弹性模量、复杂的相转变、超弹性、超细晶制备及组织性能研究方面的进展,为新型医用钛合金的设计、开发及应用提供了参考。

新型高强度钛合金血管支架的制备与性能研究

目前已经有很多符合人体要求的生物材料可用于血管支架的制作,金属支架性能稳定,可以提供更好的支撑强度.新型医用近β型TLM钛合金支架无磁性,稳定性良好,且具有高强度、生物相容性优良等特点.本文设计TLM管材冷轧变形量ε在15%～40%之间,Q值在0.86～2.62变化的冷轧变形试验.在相变点附近±100 ℃以内进行中间退火.讨论变形量、Q值对管材性能的影响,退火温度和屈强比之间的关系.研究TLM管状支架的制备以及钛合金血管支架性能研究.

一种新型近β型TLM钛合金室温弹性变形行为研究

通过拉伸加载-卸载实验、OM、SEM和TEM等手段,研究了TLM钛合金在冷变形和短时时效两种条件下的室温弹性变形行为.结果表明:TLM钛合金棒经冷变形和短时时效处理后,在原始β基体上析出细小沉淀α相(即应力诱发马氏体α相),其室温拉伸加载-卸载曲线出现显著的非线性弹性变形特征.建立了析出沉淀α相体积分数与可恢复应变值、弹性模量和室温强度的定量关系.当沉淀α相的体积分数为13%时,可恢复应变值达最大值2.2%,强度值高达910 MPa,拥有优异的综合力学性能,适合于制造长寿命植入假体器件.

基于DEFORM的心脏起搏器外壳塑性成形研究

对心脏起搏器的外壳进行了塑性成形仿真研究,对优化后的心脏起搏器外壳的状态变量进行了分析。分析结果表明:凹缘圆角变形区板料的等效应力、应变值远大于其它变形区,其它变形区的应变非常小。除凸缘变形区外,其它变形区都发生了减薄;在凸缘圆角变形区和凹缘圆角变形区,外壳凹面朝上和朝下侧在对应的区域厚度增减是相反的。外壳轮廓的直线部分流动速度比曲线部分大,且直线部分越长,其流动速度越大。从外壳的凸缘变形区到壳底变形区的回弹量(位移量)逐渐减少;在冲压成形过程中,部分区域的回弹方向与周围区域相反。最后,根据模拟结果制造模具,并实现生产加工。

钛合金冷轧管材加工工艺参数研究

本文针对冷轧钛合金管材的几种重要工艺参数：管坯制备、道次变形量ε、Q值（相对减壁量与相对减径量比值）、热处理制度、送进量以及润滑等进行了细致的分析，并对之间的关系进行深入的探究，对冷轧钛合金管材的制备具有切实的理论指导意义。

新型医用钛合金生物相容性评价

目的:评价新型医用钛合金Ti12.5Zr2.5Nb2.5Ta(TZNT)的生物相容性,并和3种标准医用钛材料Ti6Al4V、Ti6Al7Nb和TA2进行对比。方法:通过细胞毒性试验观察细胞在TZNT、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb合金离子析出培养液中的生长情况,计算在不同时间组的相对细胞增殖率,评价其毒性等级;通过皮下埋植试验观察4种材料植入白鼠体内4周和8周的组织变化情况,计算炎细胞密度和纤维膜厚度的变化情况,评价其引起的组织反应程度。结果:TZNT、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb在3个时间组(2、4、6d)的相对细胞增殖率均不低于100%,细胞毒性等级评定为0级。和Ti6Al4V和Ti6Al7Nb相比,TZNT和TA2植入白鼠体内4周和8周后,无论是炎细胞密度还是植入物周围的纤维膜厚度均有所降低,引起的组织反应程度较低。结论:TZNT具有良好的生物相容性,是一种理想的生物医用钛合金。

Nb含量对生物医用Ti-Nb基合金力学性能与断口形貌的影响

分析了铌含量对Ti-XNb基钛合金室温力性与断口形貌的影响.结果表明:随着Nb含量的增加,O含量呈递增趋势,并且O含量的增量呈递减趋势.随着Nb含量的增加,室温拉伸强度逐渐增大;室温塑性逐渐减小.当5%<Nb(w/%)<15%时和20%<Nb<25%时,Nb含量的增加对Ti-XNb基合金具有显著的强化效果;当15%<Nb<20%时,Nb含量的增加对Ti-XNb合金的强化效果不明显.弹性模量值与Nb含量的变化呈反比.当Nb含量为25%时,达最小值,E=71 GPa,接近于人体自然骨模量值.Ti-5Nb合金的室温拉伸断口由大量的韧窝和撕裂岭构成,断裂方式为微孔聚合断裂,为韧性断裂.随着Nb含量的增加,大韧窝和撕裂岭的体积分数明显减小,逐渐转变为小而浅的韧窝,并出现由许多准解理台阶组成的解理面.

第十四届全国生物材料大会在西安召开

2013年9月27～30日，“第十四届全国生物材料大会”在西安陕西宾馆召开,此次大会由中国生物医学工程学会生物材料分会主办，

合金元素、加工与热处理对医用β型钛合金力学性能的影响及微观分析

研究了不同合金添加元素(Mo,Sn,Zr,Nb)、加工以及热处理对近β型医用钛合金力学性能和显微组织的影响规律,讨论了保持医用钛合金强度、弹性模量和塑性优良匹配的影响因素和解决办法。研究发现:Ti-Nb-Zr-Mo-Sn合金中增加Zr,Mo,Sn元素含量使合金强化,而增加Mo,Nb元素含量和热加工率利于降低弹性模量;经过固溶处理后强度和弹性模量降低,经时效处理后合金产生弥散强化和细晶强化使强度和弹性模量增加;热轧态和固溶状态下产生应力诱发马氏体而导致较低的屈强比和允许应变,利于二次加工和实际应用。

新型近β型钛合金TLM细径薄壁小曲率弯管的技术研究

TLM是一种新型近β型钛合金,具有较低弹性模量、中高强度、高疲劳强度、高塑韧性、良好耐磨性以及耐腐蚀性,可以生产各种规格的细径薄壁管材,在交换器、阀门、高压气管、油管等领域有着广阔的应用前景。将其制成弯管,其应用领域还会扩大。而通常的弯管生产方法主要用于相对弯曲半径Rx≥1.5的弯管,对于相对弯曲半径Rx<1.5的弯管(即小曲率弯管),存在着拉应变和压应变变化大,壁厚变化率大,加工过程不容易控制等因素,严重影响着细径薄壁管材的应用。通过对管材弯曲过程受力变形进行分析,控制回弹,设计模具和改进加工工艺,对相对弯曲半径Rx≈1.1的TLM钛合金细径薄壁管材进行90°和180°弯曲,对其外形和其各种参数进行测量。试验结果表明,自行设计的模具可顺利地完成新型近β型钛合金细径薄壁管材的小曲率弯管,为生产提供了一定的参考价值。

心脏起搏器最新进展及发展趋势

心脏起搏器是治疗心动过缓的唯一有效途径,新型的无导线微型心脏起搏器已经开始替代传统的心脏起搏器。文章前言部分简要介绍了心脏起搏器的发展历史及存在的问题:电池需要定期更换及由于电极导线的存在而产生的一系列临床问题;其次,着重阐述了国外压电、超声、电磁感应及微型心脏起搏器的发展现状、临床应用及中国传统和新型心脏起搏器的研发情况;最后,对心脏起搏器的发展趋势进行了预测。

新型钛合金人工关节材料的开发与应用

讲述了目前人工关节的市场需求情况及人工关节材料的研究现状,提出开发强度高、塑性好、弹性模量低的β型钛合金成为各国研究的重点,同时开发出了具有自主知识产权的近β型钛合金TLM(Ti-Zr-Sn-Mo-Nb)。选择Ti-6Al-4V合金作为对比材料,进行了人工关节的开发和骨植入试验,研究结果表明TLM合金不仅具有优良的冷热加工性能、工艺成型性,而且具有良好的生物相容性,是现有医用钛合金材料的优良替代品。

时效处理对近β型钛合金TLM组织与性能的影响

研究了不同时效温度和保温时间对近β型钛合金TLM微观组织和力学性能的影响。结果表明,经β单相区固溶+时效处理后合金微观组织特征为:沉淀α相在晶界两侧沿一定的晶体学位向呈集束状析出,晶内也有大量沉淀α相产生。随着时效温度升高,沉淀α相尺寸逐渐增大且趋于均匀,合金强度降低,塑性增强。当时效温度从480℃升高至510℃时,强化效果最为明显,合金的抗拉强度增量达到最大值184 MPa;当时效温度从510℃升高至540℃时,抗拉强度增量最小,仅63 MPa。随着保温时间的延长,晶界附近析出的集束状α相尺寸明显增大,且在原来未析出区域也有α相产生,分布逐渐趋于均匀。在480℃下进行时效时,随着保温时间增加,合金强度增大,塑性降低;在510℃下进行时效时,合金强度和塑性随保温时间延长变化不明显;在540℃下进行时效时,随着保温时间增加,合金强度减小,塑性增强。

复合TiO2对溶胶凝胶法制备羟基磷灰石晶化的影响

利用溶胶凝胶法,将由前驱盐制备的羟基磷灰石(HA)和TiO2溶胶直接混合,经干燥、热处理制备了含TiO2的复合羟基磷灰石材料,采用X射线衍射分析了复合TiO2对HA晶化过程的影响,通过对XRD衍射数据的计算,研究了复合TiO2对HA晶粒尺寸和结晶度的影响。结果表明,复合TiO2延缓了HA的结晶,使其晶粒长大,促进HA的分解;复合HA的晶粒直径小于100nm,且结晶度在1000℃左右可达到90%。

心血管支架用TLM钛合金性能评价

尽管现已发展成熟的心血管支架用材主要有不锈钢、CoCr合金及NiTi合金,但是不含毒性元素、具有良好生物相容性及高强度低弹性模量的新型β钛合金已成为生物医用材料领域的研究热点。文章概括了新型医用近β型钛合金TLM(Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn)的高强度、低弹性模量及高塑性的力学特征,并对其生物相容性进行了综合评价。基于优异的塑性成形性能和生物力学相容性,TLM钛合金有望成为一种新的心血管支架用材料。

羟基磷灰石涂层及其热处理对TLM合金基体的影响

利用DTA/TG、XRD方法研究溶胶凝胶法制备羟基磷灰石(HA)烧结热处理过程中的相转变规律,同时研究制备HA涂层时保温处理对TLM(TiZrSnMoNb系)合金基体力学性能的影响。结果表明,在制备HA涂层的过程中,热处理温度为450～1000℃,所得的HA的晶化程度较高,较纯净。

热处理工艺对Ti-6Al-7Nb合金显微组织及力学性能的影响

研究了Ti-6Al-7Nb合金在不同热处理工艺后的显微组织、硬度、拉伸性能和疲劳性能。结果表明：在930℃×30 min/水冷＋600℃×4 h时效热处理后,亚稳定β相中析出的亚微米尺度片层状次生α相使合金得到强化,而一定比例的等轴初生α相提高了合金均匀塑性变形能力,合金的屈服强度为920.1 MPa,抗拉强度为982.4 MPa,伸长率为16.3%,断面收缩率为47.5%,疲劳极限大于490 MPa,满足外科植入物用钛及钛合金加工国家标准要求。

钛及钛合金箔带材加工成型的影响因素

钛及钛合金是一种性能优异的新型功能结构材料，被誉为第三金属，因而在许多工业领域获得了广泛的应用。本文较详细的介绍了影响钛及钛合金箔带材加工成型的几种因素，包括金属本身的性能、轧制工艺、热处理等。