纳米结构Ti-13Nb-13Zr合金用于植入物应用-材料科学,技术和生物学方面

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 材料工程 材料工程 材料工程
• 牙科植入物学 牙科植入物学

背景情况:

• 传统的牙科植入物材料,如CP-Titanium等级4和Ti-6Al-4V ELI具有高的Young模量,导致应力屏蔽和骨再吸收.
• 需要先进的牙科植入物材料,具有较低的模量,以改善骨整合和患者的治疗结果.

研究的目的:

• 为了研究第二代合金Ti-13Nb-13Zr用于先进的牙植入系统.
• 开发Ti-13Nb-13Zr的热力学处理方法,以达到高强度,足够的可塑性和低模量.
• 通过减少细菌殖民和改善骨粘附来提高生物相容性.

主要方法:

• 对Ti-13Nb-13Zr的严重塑性变形进行等通道角交换 (ECAS) 的调整.
• 在700°C进行短时间的再结晶,然后进行水火.
• 随后在500°C进行老化处理,以获得纳米结构的微观结构.

主要成果:

• 在150°C使用双通ECAS成功制造了长的Ti-13Nb-13Zr条 (8毫米直径),避免了剪切带的形成.
• 在再结晶后在α"相矩阵中开发了微微小的初级α相.
• 在老化后获得了均纳米结构的微结构 (子结构<200nm),最终的抗拉强度>990 MPa,Young的模量为73 GPa.
• 生物测试表明,与CP-Titanium 4级和Ti-6Al-4V ELI相比,细菌生物膜的形成减少,骨质细胞的增殖增加,特别是与蚀刻表面相比.

结论:

• 开发的Ti-13Nb-13Zr热力学处理产生了一种适用于先进牙科植入物的纳米结构合金.
• 由此产生的材料具有良好的机械性能 (符合ASTM F1713) 和增强的生物相容性,解决了当前牙科植入物材料的局限性.
• 在牙科应用中,Ti-13Nb-13Zr具有显著的潜力,可以最大限度地减少应力屏蔽,并促进更好的骨整合.