JP4547797B2

JP4547797B2 - Biomedical Ti alloy and method for producing the same

Info

Publication number: JP4547797B2
Application number: JP2000384738A
Authority: JP
Inventors: 昭弘鈴木; 和巳山本; 俊治野田; 光雄新家
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: JP2002180168A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度低弾性率の生体用Ｔｉ合金およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人工股関節、膝関節、骨折時の固定プレートなどの生体用材料としては、生体適合性に優れ、軽量で、引張強さが高く、かつヤング率が骨（２０〜４０ＧＰａ）に近いものが望まれている。
従来、この生体用材料としてＳＵＳ３１６Ｌ、純Ｔｉ、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖが用いられていた。しかし、これらの合金は、生体用として開発されたものではないため、ＳＵＳ３１６Ｌは、引張強さが高いが、ヤング率が１６５ＧＰａと高く、またアレルギーを指摘されているＮｉを含んでいる。さらに純Ｔｉは、生体適合性に優れているが、引張強さが約５００ＭＰａであって低強度である。またＴｉ−６％Ａｌ−４％ＶのＴｉ合金は、毒性が指摘されているＶを含んでいるという問題がある。
【０００３】
このＴｉ−６％Ａｌ−４％ＶのＶに替えてＮｂまたはＦｅを含有させたＴｉ−６％Ａｌ−７％ＮｂやＴｉ−５Ａｌ−２．５％Ｆｅなどのα＋β型Ｔｉ合金が提案されているが、合金中のＡｌはある種の痴呆症を招くという報告もある。
【０００４】
また、上記毒性およびアレルギー性が指摘されている金属元素以外の元素を用い、α＋β型Ｔｉ合金より高い伸びと、優れた冷間加工性を有すると共に、弾性率を低くしたβ型Ｔｉ合金が提案されるようになってきた。このβ型Ｔｉ合金には、例えばＴｉ−１３％Ｎｂ−１３％Ｚｒ、Ｔｉ−１３％Ｎｂ−１０％Ｈｆ、Ｔｉ−１５％Ｍｏ、Ｔｉ−１２％Ｍｏ−５％Ｚｒ−２％Ｆｅ、Ｔｉ−１５％Ｍｏ−６％Ｚｒ−２．８％Ｎｂ−０．２％Ｓｉ−０．２％Ｏなどがある。
しかし、これらのβ型Ｔｉ合金は、毒性およびアレルギー性には問題がないが、引張強さが十分高く、かつ弾性率が十分低いものではなかった。
【０００５】
そこで、本出願人は、毒性およびアレルギー性に問題がある元素を含まず、適度な引張強さと高い伸びおよび低い弾性率のＮｂおよびＴａを合計で２０〜６０％を含み、必要に応じてさらにＭｏを１０％以下、Ｚｒを５％以下、およびＳｎを５％以下の１種または２種を含有し、残部がＴｉおよび不可避的不純物からなるＴｉ合金を開発して特願平９−２０５８８号（特開平１０─２１９３７５号）として特許出願した。
しかし、この特許出願のＴｉ合金は、従来のＴｉ合金より引張強さが高く、かつ弾性率も低いが、引張強さが高いものは弾性率も高く、弾性率が低いものは引張強さも低く、引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下のものは得られなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、毒性およびアレルギー性に問題がある元素を含まず、引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下の高強度かつ低弾性率の生体用Ｔｉ合金およびその製造方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者らは、引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下のＴｉ合金について鋭意研究していたところ、成分組成をＮｂ：２５〜３５％、Ｔａ：Ｎｂ＋０．８Ｔａで３６〜４５％、Ｚｒ：３〜６％、Ｏ＋Ｎ＋Ｃ：Ｏ＋１．６Ｎ＋０．９Ｃで０．４０％以下、残部Ｔｉおよび不可避的不純物からなるＴｉ合金に加工率が５０％以上の冷間加工をし、さらに０．５〜５時間の時効処理を施すことによって、引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下のＴｉ合金を得ることができることなどの知見を得た。
【０００８】
すなわち、本発明の生体用Ｔｉ合金においては、成分組成をＮｂ：２５〜３５％、Ｔａ：Ｎｂ＋０．８Ｔａで３６〜４５％（（３６−Ｎｂ％）／０．８〜４５％−Ｎｂ％）／０．８）、Ｚｒ：３〜６％、Ｏ＋Ｎ＋Ｃ：Ｏ＋１．６Ｎ＋０．９Ｃで０．４０％以下、残部Ｔｉおよび不可避的不純物からなるものとし、引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下のものとすることである。
【０００９】
また、本発明の生体用Ｔｉ合金の製造方法においては、成分組成をＮｂ：２５〜３５％、Ｔａ：Ｎｂ＋０．８Ｔａで３６〜４５％（（３６−Ｎｂ％）／０．８〜４５％−Ｎｂ％）／０．８）、Ｚｒ：３〜６％、Ｏ＋Ｎ＋Ｃ：Ｏ＋１．６Ｎ＋０．９Ｃで０．４０％以下、残部Ｔｉおよび不可避的不純物からなるＴｉ合金に５０％以上の冷間加工および０．５〜５時間の時効処理を施すことである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の生体用Ｔｉ合金およびその製造方法について詳細に説明する。
先ず、本発明の生体用Ｔｉ合金の成分組成を上記のように特定した理由を説明する。
Ｎｂ：２５〜３５％、Ｔａ：Ｎｂ＋０．８Ｔａで３６〜４５％
ＮｂおよびＴａは、細胞毒性の指摘のない全率固溶型のβ型安定化元素であって、マトリックス相を低弾性率で、かつ冷間加工性の良好なβ相にするので、それらのために含有させる元素である。ただ、ＴａはＮｂに比較して高密度であるため、製造性が良くない（偏析などを作り易い）ので、Ｎｂを主体にして含有させる。冷間加工性がよく、かつ低ヤング率のβ単相を確保するためにはＮｂを２５％以上、好ましくは２７％以上、Ｔａを（３６−Ｎｂ％）／０．８％以上、好ましくは（３８−Ｎｂ％）／０．８％以上含有させる必要がある。
【００１１】
しかし、Ｎｂを３５％、好ましくは３１％、Ｔａを（４５−Ｎｂ％）／０．８％、好ましくは（４２−Ｎｂ％）／０．８％を超えると製造性を低下（ＮｂおよびＴａは、Ｔｉに比較して高融点、高密度であるため、偏析などを作り易い）させるので、その含有量を上記のＮｂでは２５〜３５％、Ｔａでは（３６−Ｎｂ％）／０．８〜（４５％−Ｎｂ％）／０．８とする。好ましい含有量はＮｂでは２７〜３１％、Ｔａでは（３８−Ｎｂ％）／０．８〜（４２％−Ｎｂ％）／０．８％である。
【００１２】
Ｚｒ：３〜６％
Ｚｒは、α相とβ相の両方を強化させる中性型元素であり、時効過程によって析出するα相を強化するので、そのために含有させる元素である。その効果を得るためには３％以上、好ましくは４％以上含有させる必要があるが、６％、好ましくは５％を超えるとその効果が飽和するので、その含有量を３〜６％とする。
好ましい含有量は４〜５％である。
【００１３】
Ｏ＋Ｎ＋Ｃ：Ｏ＋１．６Ｎ＋０．９Ｃで０．４０％以下
Ｏ、ＮおよびＣは、いずれもα相強化型元素であるので、Ｏ＋１．６Ｎ＋０．９Ｃで０．４０％まで含有させるとα相を強化するが、０．４０％を超えると靱性を低下させると共に、ヤング率を高くするので、その含有量を０．４０％以下とする。
【００１４】
次に、引張強さを１０５０ＭＰａ以上、ヤング率を８０ＧＰａ以下にする理由を説明する。
引張強さを１０５０ＭＰａ以上にすることについて
引張強さは高いほうが生体用機器ならば小型にすることができ、さらに線材であれば細くすることができ、またプレートであれば薄くかつ幅を狭くすることができる。製品断面積を小さくできることは、製品としての剛性をさらに下げることが可能になる。そのため、引張強さは１０５０ＭＰａ以上とする。
【００１５】
ヤング率を８０ＧＰａ以下にする点について
ヤング率は、人工股関節などの骨代替素材などの生体用として使用する場合には、骨のヤング率（２０〜４０ＧＰａ）に近いほうが好ましいが、ヤング率を低くすると引張強さを１０５０ＭＰａ以上にすることが困難であり、生体用として使用するには骨のヤング率の２倍以下、すなわち８０ＧＰａ以下とする。
【００１６】
次に、冷間加工を５０％以上および時効処理を０．５〜５時間実施する理由を説明する。
冷間加工を５０％以上にすることについて
冷間加工は、ヤング率を増加させることなく引張強さを高くすることができ、かつその後行う時効処理でのα相の析出を早くするので、それらのために実施するものである。引張強さを１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率を８０ＧＰａ以下にするには、図１に示すように５０％以上の冷間加工をする必要がある。冷間加工が５０％、好ましくは６０％より低いと、その後行う時効処理によっても引張強さを１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率を８０ＧＰａ以下にすることができないからである。
【００１７】
時効処理を０．５〜５時間実施することについて
時効処理は、引張強さを高くするので、そのために行うもので、引張強さを１０５０ＭＰａ以上にするためには図２に示すように０．５時間以上行う必要がある。しかし、図２に示すように５時間を超えるとヤング率が８０ＧＰａを超えるので、その時間を０．５〜５時間とする。
上記時効処理の温度は、３００〜４５０℃が適当である。３００℃より低いと時効処理に必要な時間が長くなるからであり、また４５０℃より高いと強度が出なくなるからである。
【００１８】
【作用】
本発明は、Ｔｉ合金の成分組成をＮｂ：２５〜３５％、Ｔａ：Ｎｂ＋０．８Ｔａで３６〜４５％、Ｚｒ：３〜６％、Ｏ＋Ｎ＋Ｃ：Ｏ＋１．６Ｎ＋０．９Ｃで０．４０％以下、残部Ｔｉおよび不可避的不純物からなるものとし、冷間加工を５０％以上および時効処理を０．５〜５時間実施することによって、従来のＴｉ合金では得られなかった引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下のＴｉ合金を製造することができる。
また、Ｔｉ合金の引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下であるので、人工股関節などの骨代替素材のほか、骨折時の固定プレートなどの広い範囲の生体用の用途にも使用することができる。
【００１９】
本発明の生体用Ｔｉ合金の製造方法の一例は、浮遊溶解法により溶解した後、鋳造してインゴットにし、その後熱間鍛伸などにより所望形状にする。その後７００〜８００℃で１０〜６０分間加熱保持した後水冷する固溶化処理を実施し、加工率が５０％以上の冷間加工をし、その後３００〜４５０℃で０．５〜５時間加熱する時効処理をすることである。
【００２０】
本発明の生体用Ｔｉ合金の用途は、人工股関節、膝関節などの骨代替材料、骨折時の固定ワイヤー、プレートなどの骨固定用補助材といった各種のインプラント材、人工歯根などに代表される歯科材料、さらには外科用ピンセット、クリップ類などの医療器具といった人体中に埋め込み、もしくは人体と接触して使用する生体用材料である。また、眼鏡フレーム、車椅子などの生体用材料を用いることが好ましい福祉機器類にも使用することができる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
下記表１に記載した本発明例および比較例の成分組成のＴｉ合金を浮遊溶解法により溶解した後、鋳造してインゴットにし、その後熱間鍛伸により直径１２ｍｍの丸棒にした。その後これらの丸棒を７９０℃で３０分間保持した後水冷する固溶化処理を実施した。その後冷間加工率８４％の冷間スエジングを実施した後、４２７℃（７００Ｋ）で３時間加熱する時効処理を実施して供試材を作成した。これらの供試材から引張試験片を作成し、引張試験を実施した。その結果を下記表２に記載した。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２４】
実施例２
上記表１の本発明例のNo. １に記載したＴｉ合金を実施例１に記載した方法で直径１２ｍｍの丸棒にし、この丸棒を７９０℃で３０分間保持した後水冷する固溶化処理を実施した。その後表３に記載した冷間加工率の冷間スエジングを実施し、４２７℃（７００Ｋ）で３時間加熱する時効処理を実施して供試材を作成した。これらの供試材から引張試験片を作成し、引張試験を実施した。その結果を下記表３および図１に記載した。
【００２５】
【表３】

【００２６】
実施例３
上記表１の本発明例のNo. １に記載したＴｉ合金を実施例１に記載した方法で直径１２ｍｍの丸棒にし、この丸棒を７９０℃で３０分間保持した後水冷する固溶化処理を実施した。その後冷間加工率８４％の冷間スエジングを実施し、４２７℃（７００Ｋ）で下記表４に記載した時間加熱する時効処理を実施して供試材を作成した。これらの供試材から引張試験片を作成し、引張試験を実施した。その結果を下記表４および図２に記載した。
【００２７】
【表４】

【００２８】
表２の結果から、本発明例の成分組成のものは、何れも引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下であった。
さらに、表３の結果から、冷間加工の加工率を５０％以上にしたものは、何れも引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下であった。
また、表４の結果から、時効処理を０．５〜５時間にしたものは、何れも引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下であった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の生体用Ｔｉ合金の製造方法は、上記構成にしたこにより、引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下の高強度低弾性率の生体用Ｔｉ合金を製造することができ、また本発明の生体用Ｔｉ合金は、毒性およびアレルギー性に問題がある元素を含まず、また高強度低弾性率であるので、生体用部材においては、細くまたは薄くすることができ、また生体用機器においては小型にすることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と同じ成分組成のＴｉ合金の冷間加工率と引張強さ、０．２％耐力、伸びおよびヤング率との関係を示すグラフである。
【図２】本発明と同じ成分組成のＴｉ合金の時効時間と引張強さ、０．２％耐力、伸びおよびヤング率との関係を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a biomedical Ti alloy having high strength and low elastic modulus and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Biomaterials such as artificial hip joints, knee joints, and fixation plates at the time of fractures are desired to have excellent biocompatibility, light weight, high tensile strength, and Young's modulus close to that of bone (20-40 GPa). ing.
Conventionally, SUS316L, pure Ti, Ti-6% Al-4% V has been used as this biomaterial. However, since these alloys have not been developed for living organisms, SUS316L has high tensile strength but high Young's modulus of 165 GPa, and contains Ni, which is allergic. Further, pure Ti is excellent in biocompatibility, but has a tensile strength of about 500 MPa and low strength. Further, Ti-6% Al-4% V Ti alloy has a problem that it contains V, which has been pointed out to be toxic.
[0003]
Α + β type Ti alloys such as Ti-6% Al-7% Nb and Ti-5Al-2.5% Fe containing Nb or Fe instead of Ti-6% Al-4% V have been proposed. However, there is a report that Al in the alloy causes some kind of dementia.
[0004]
Also proposed is a β-type Ti alloy that uses elements other than the metal elements for which toxicity and allergic properties have been pointed out, has higher elongation than α + β-type Ti alloys, has excellent cold workability, and has a low elastic modulus. It has come to be. Examples of the β-type Ti alloy include Ti-13% Nb-13% Zr, Ti-13% Nb-10% Hf, Ti-15% Mo, Ti-12% Mo-5% Zr-2% Fe, Ti. -15% Mo-6% Zr-2.8% Nb-0.2% Si-0.2% O.
However, these β-type Ti alloys have no problem in toxicity and allergenicity, but have a sufficiently high tensile strength and a sufficiently low elastic modulus.
[0005]
Therefore, the present applicant does not include elements that are problematic in toxicity and allergenicity, includes moderate tensile strength, high elongation, and low elastic modulus Nb and Ta in a total of 20 to 60%. Japanese Patent Application No. 9-20588 has developed a Ti alloy containing one or two elements of Mo 10% or less, Zr 5% or less, and Sn 5% or less, the balance being Ti and inevitable impurities. A patent application was filed as JP-A-10-219375.
However, the Ti alloy of this patent application has higher tensile strength and lower elastic modulus than conventional Ti alloys, but those with higher tensile strength also have higher elastic modulus and those with lower elastic modulus have lower tensile strength. Further, those having a tensile strength of 1050 MPa or more and a Young's modulus of 80 GPa or less were not obtained.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a high-strength and low-elastic modulus Ti alloy having a tensile strength of 1050 MPa or more and a Young's modulus of 80 GPa or less, and a method for producing the same, which does not contain elements that are problematic in toxicity and allergenicity. It is an issue.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research on a Ti alloy having a tensile strength of 1050 MPa or more and a Young's modulus of 80 GPa or less. The component composition is Nb: 25 to 35%, Ta: 36 to 45% by nb + 0.8Ta, Zr: 3~6% , O + N + C: O + 1.6N + 0.40% or less at 0.9C, working ratio in Ti alloy and the balance Ti and unavoidable impurities between more than 50% of the cold We obtained knowledge such that a Ti alloy having a tensile strength of 1050 MPa or more and a Young's modulus of 80 GPa or less can be obtained by processing and further aging treatment for 0.5 to 5 hours.
[0008]
That is, in the biomedical Ti alloy of the present invention, the component composition is Nb: 25-35%, Ta: Nb + 0.8Ta, 36-45% ((36-Nb%) / 0.8-45% -Nb%) /0.8), Zr: 3 to 6%, O + N + C: O + 1.6N + 0.9C, 0.40% or less, balance Ti and inevitable impurities, tensile strength is 1050 MPa or more, and Young's modulus is 80 GPa or less.
[0009]
In the method for producing a biomedical Ti alloy of the present invention, the component composition is Nb: 25-35%, Ta: Nb + 0.8Ta, 36-45% ((36-Nb%) / 0.8-45%- Nb%) / 0.8), Zr: 3 to 6%, O + N + C: O + 1.6N + 0.9C, 0.40% or less, Ti alloy consisting of the balance Ti and unavoidable impurities, cold work of 50% or more and 0 .5-5 hours of aging treatment.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the biomedical Ti alloy of the present invention and the manufacturing method thereof will be described in detail.
First, the reason why the component composition of the biomedical Ti alloy of the present invention is specified as described above will be described.
Nb: 25-35%, Ta: Nb + 0.8Ta, 36-45%
Nb and Ta are β-type stabilizing elements of a solid solution type with no indication of cytotoxicity, and the matrix phase has a low elastic modulus and a good cold workability. Therefore, it is an element to be contained. However, since Ta has a higher density than Nb, the productivity is not good (it is easy to make segregation or the like), so Nb is mainly contained. In order to secure a β single phase with good cold workability and low Young's modulus, Nb is 25% or more, preferably 27% or more, Ta is (36-Nb%) / 0.8% or more, preferably It is necessary to contain (38-Nb%) / 0.8% or more.
[0011]
However, if Nb exceeds 35%, preferably 31%, and Ta exceeds (45-Nb%) / 0.8%, preferably (42-Nb%) / 0.8%, productivity decreases (Nb and Ta Has a higher melting point and higher density than Ti, and therefore, segregation and the like are easy to make), so the content of Nb is 25 to 35% and that of Ta is (36-Nb%) / 0.8. ~ (45% -Nb%) / 0.8. Preferable contents are 27 to 31% for Nb and (38-Nb%) / 0.8 to (42% -Nb%) / 0.8% for Ta.
[0012]
Zr: 3-6%
Zr is a neutral element that strengthens both the α-phase and the β-phase, and strengthens the α-phase that is precipitated by the aging process. Therefore, Zr is an element that is contained for that purpose. In order to acquire the effect, it is necessary to make it contain 3% or more, preferably 4% or more, but since the effect is saturated when it exceeds 6%, preferably 5%, the content is made 3 to 6%. .
The preferred content is 4-5%.
[0013]
O + N + C: O + 1.6N + 0.9C and 0.40% or less Since O, N and C are all α-phase strengthening elements, the inclusion of O + 1.6N + 0.9C up to 0.40% strengthens the α-phase. However, if it exceeds 0.40%, the toughness is lowered and the Young's modulus is increased, so the content is made 0.40% or less.
[0014]
Next, the reason why the tensile strength is set to 1050 MPa or more and the Young's modulus is set to 80 GPa or less will be described.
When the tensile strength is 1050 MPa or more, the higher the tensile strength, the smaller it can be for a biological device, the smaller the wire, the thinner the plate, and the narrower the width. be able to. The ability to reduce the product cross-sectional area can further reduce the rigidity of the product. Therefore, the tensile strength is set to 1050 MPa or more.
[0015]
Regarding the Young's modulus of 80 GPa or less, the Young's modulus is preferably close to the Young's modulus of bone (20-40 GPa) when used as a living body such as a bone substitute material such as an artificial hip joint. Then, it is difficult to set the tensile strength to 1050 MPa or more, and to use it for a living body, the Young's modulus of bone is set to twice or less, that is, 80 GPa or less.
[0016]
Next, the reason why the cold working is 50% or more and the aging treatment is performed for 0.5 to 5 hours will be described.
About making cold work 50% or more Cold work can increase the tensile strength without increasing the Young's modulus and accelerate the precipitation of α phase in the subsequent aging treatment. It is intended for the purpose. In order to set the tensile strength to 1050 MPa or more and the Young's modulus to 80 GPa or less, it is necessary to cold work 50% or more as shown in FIG. This is because if the cold working is lower than 50%, preferably lower than 60%, the tensile strength cannot be made 1050 MPa or more and the Young's modulus cannot be made 80 GPa or less even by the subsequent aging treatment.
[0017]
About performing aging treatment for 0.5 to 5 hours The aging treatment is performed for that purpose because it increases the tensile strength. To increase the tensile strength to 1050 MPa or more, as shown in FIG. It must be done for 5 hours or more. However, as shown in FIG. 2, the Young's modulus exceeds 80 GPa when it exceeds 5 hours, so the time is set to 0.5 to 5 hours.
The temperature of the aging treatment is suitably 300 to 450 ° C. This is because when the temperature is lower than 300 ° C., the time required for the aging treatment becomes longer, and when the temperature is higher than 450 ° C., the strength is not obtained.
[0018]
[Action]
In the present invention, the component composition of the Ti alloy is Nb: 25-35%, Ta: Nb + 0.8Ta, 36-45%, Zr: 3-6%, O + N + C: O + 1.6N + 0.9C, 0.40% or less, the balance It is composed of Ti and unavoidable impurities, and by performing cold working at 50% or more and aging treatment for 0.5 to 5 hours, the tensile strength that could not be obtained with a conventional Ti alloy is 1050 MPa or more, and A Ti alloy having a Young's modulus of 80 GPa or less can be produced.
In addition, since the tensile strength of Ti alloy is 1050 MPa or more and Young's modulus is 80 GPa or less, it can be used for a wide range of biomedical applications such as bone substitute materials such as artificial hip joints and fixation plates for fractures. can do.
[0019]
An example of the method for producing the biomedical Ti alloy of the present invention is melted by a floating melting method, then cast into an ingot, and then formed into a desired shape by hot forging. After that, the solution is heated and held at 700 to 800 ° C. for 10 to 60 minutes and then water-cooled, cold working with a processing rate of 50% or more is performed, and then heated at 300 to 450 ° C. for 0.5 to 5 hours. It is an aging treatment.
[0020]
The use of the Ti alloy for living body of the present invention includes bone substitute materials such as artificial hip joints and knee joints, various implant materials such as bone fixation materials such as fixation wires and plates for fractures, and dental typified by artificial tooth roots. It is a biomaterial that is used in contact with or in contact with a human body, such as a material, and medical instruments such as surgical tweezers and clips. Moreover, it can be used also for welfare equipment for which it is preferable to use biomaterials such as eyeglass frames and wheelchairs.
[0021]
【Example】
Example 1
The Ti alloys having the composition of the present invention and comparative examples shown in Table 1 below were melted by the floating melting method, then cast into ingots, and then formed into round bars with a diameter of 12 mm by hot forging. Thereafter, these round bars were held at 790 ° C. for 30 minutes and then subjected to a solution treatment in which they were cooled with water. Then, after performing cold swaging with a cold working rate of 84%, an aging treatment was performed by heating at 427 ° C. (700 K) for 3 hours to prepare a test material. Tensile test pieces were prepared from these test materials, and a tensile test was performed. The results are shown in Table 2 below.
[0022]
[Table 1]

[0023]
[Table 2]

[0024]
Example 2
The Ti alloy described in No. 1 of the present invention example in Table 1 was made into a round bar having a diameter of 12 mm by the method described in Example 1, and this round bar was kept at 790 ° C. for 30 minutes and then water-cooled. Carried out. Thereafter, cold swaging at the cold working rate described in Table 3 was performed, and an aging treatment was performed by heating at 427 ° C. (700 K) for 3 hours to prepare a specimen. Tensile test pieces were prepared from these test materials, and a tensile test was performed. The results are shown in Table 3 below and FIG.
[0025]
[Table 3]

[0026]
Example 3
The Ti alloy described in No. 1 of the present invention example in Table 1 was made into a round bar having a diameter of 12 mm by the method described in Example 1, and this round bar was kept at 790 ° C. for 30 minutes and then water-cooled. Carried out. Thereafter, cold swaging with a cold working rate of 84% was carried out, and an aging treatment was carried out at 427 ° C. (700 K) for the time indicated in Table 4 below to prepare a test material. Tensile test pieces were prepared from these test materials, and a tensile test was performed. The results are shown in Table 4 and FIG.
[0027]
[Table 4]

[0028]
From the results of Table 2, all of the component compositions of the present invention examples had a tensile strength of 1050 MPa or more and a Young's modulus of 80 GPa or less.
Furthermore, from the results shown in Table 3, any of the cold working ratios of 50% or more had a tensile strength of 1050 MPa or more and a Young's modulus of 80 GPa or less.
Moreover, from the results of Table 4, any of the aging treatments performed for 0.5 to 5 hours had a tensile strength of 1050 MPa or more and a Young's modulus of 80 GPa or less.
[0029]
【The invention's effect】
According to the method for producing a biomedical Ti alloy of the present invention, a high-strength, low-elastic modulus biomedical Ti alloy having a tensile strength of 1050 MPa or more and a Young's modulus of 80 GPa or less can be produced. Moreover, since the biomedical Ti alloy of the present invention does not contain elements that are problematic in toxicity and allergenicity and has high strength and low elastic modulus, the biomaterial can be made thin or thin, The device has an excellent effect that it can be reduced in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the cold working rate and tensile strength, 0.2% proof stress, elongation and Young's modulus of a Ti alloy having the same composition as that of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between aging time, tensile strength, 0.2% proof stress, elongation and Young's modulus of a Ti alloy having the same composition as that of the present invention.

Claims

重量％で（以下同じ）、Ｎｂ：２５〜３５％、Ｔａ：Ｎｂ＋０．８Ｔａで３６〜４５％、Ｚｒ：３〜６％、Ｏ＋Ｎ＋Ｃ：Ｏ＋１．６Ｎ＋０．９Ｃで０．４０％以下、残部Ｔｉおよび不可避的不純物からなるＴｉ合金であって、引張強さが１０５０ＭＰａ以上で、かつヤング率が８０ＧＰａ以下であることを特徴とする生体用Ｔｉ合金。% By weight (hereinafter the same), Nb: 25-35%, Ta: Nb + 0.8Ta, 36-45%, Zr: 3-6%, O + N + C: O + 1.6N + 0.9C, 0.40% or less, balance Ti and A Ti alloy composed of inevitable impurities, having a tensile strength of 1050 MPa or more and a Young's modulus of 80 GPa or less.

Ｎｂ：２５〜３５％、Ｔａ：Ｎｂ＋０．８Ｔａで３６〜４５％、Ｚｒ：３〜６％、Ｏ＋Ｎ＋Ｃ：Ｏ＋１．６Ｎ＋０．９Ｃで０．４０％以下、残部Ｔｉおよび不可避的不純物からなるＴｉ合金に５０％以上の冷間加工および０．５〜５時間の時効処理を施すことを特徴とする生体用Ｔｉ合金の製造方法。Nb: 25~35%, Ta: 36~45 % by Nb + 0.8Ta, Zr: 3~6% , O + N + C: 0.40% by O + 1.6N + 0.9C or less, the Ti alloy and the balance Ti and unavoidable impurities A method for producing a biomedical Ti alloy, comprising performing cold working of 50% or more and aging treatment for 0.5 to 5 hours.