本發(fā)明涉及人工關(guān)節(jié)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種人工關(guān)節(jié)新型合金及其熔煉工藝。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有人工關(guān)節(jié)合金可以分為兩大類，一類是鈦基合金；一類是鈷基合金。鈷基合金又分為鑄造鈷基合金和鍛造鈷基合金。鈦基合金有一個(gè)最突出的優(yōu)點(diǎn)，就是無(wú)磁性。這一點(diǎn)很重要，尤其是隨著時(shí)代的發(fā)展越來(lái)越重要。人類植入人工關(guān)節(jié)的原因，在早期的多由于事故外傷引起。而現(xiàn)在，越來(lái)越多的是由于人口老齡化使越來(lái)越多的人因骨質(zhì)疏松而在日常生活中的意外引起的。甚至年輕人的現(xiàn)代生活方式也正在導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥趨于低齡化。越來(lái)越多的處于亞健康狀態(tài)的年輕人和病弱的年輕人也因骨質(zhì)疏松導(dǎo)致植入人工關(guān)節(jié)。而一旦植入人工關(guān)節(jié)，就有一個(gè)問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)，即；所植入的人工關(guān)節(jié)有沒(méi)有磁性？這個(gè)問(wèn)題在以前并不突出。原因有兩方面，一方面是以前的人從很少生病就醫(yī)的青壯年期到年老去世，之間的體弱多病的老年期時(shí)間很短。隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，體弱多病的老年期在一個(gè)人的一生中所占的比例越來(lái)越長(zhǎng)，這樣，因病在醫(yī)院做檢查就比以前大大增多；另一方面是以前的科學(xué)水平，就是在大醫(yī)院的檢查手段中，也沒(méi)有諸如ct掃描以及核磁共振等先進(jìn)的電磁檢查手段，而現(xiàn)在此類的儀器手段越來(lái)越普遍。因此，現(xiàn)在越來(lái)越多的人因?yàn)樯眢w內(nèi)有植入的人工關(guān)節(jié)是有磁性的，而不能接受諸如ct掃描以及核磁共振等醫(yī)學(xué)檢查。因此使疾病無(wú)法得到有效的治療，甚至有些挽救生命的手術(shù)都不得不放棄。因此，隨著人們經(jīng)濟(jì)收入水平的提高，從一開(kāi)始就選擇植入無(wú)磁性合金人工關(guān)節(jié)正在成為最重要的要考慮的問(wèn)題。如前所述，鈦基合金人工關(guān)節(jié)是無(wú)磁性。但是鈦基合金人工關(guān)節(jié)為了保證其力學(xué)性能達(dá)到要求，都不得不加入鋁、釩等對(duì)人體有毒害的元素。這些元素對(duì)人體的毒害性正在越來(lái)越被人類所認(rèn)識(shí)到，例如鋁元素會(huì)導(dǎo)致人患早老性癡呆癥，這目前已經(jīng)到了婦孺皆知的程度。鋁飯盒、鋁鍋、鋁炒菜鏟子已經(jīng)徹底被鎳鉻不銹鋼的相應(yīng)制品所代替了。而釩元素對(duì)人體具有潛在的細(xì)胞毒性，已有不少文獻(xiàn)報(bào)道。因此，目前世界各國(guó)都在致力于研發(fā)無(wú)鋁、釩的新型鈦基合金，而目前仍未見(jiàn)商業(yè)應(yīng)用，目前大量商業(yè)應(yīng)用的仍然是含鋁、釩的鈦基合金。無(wú)鋁、釩的新型鈦基合金的研發(fā)前景也是不樂(lè)觀的，因?yàn)槟壳疤娲囟歼_(dá)不到鋁、釩所能起到的耐磨性效果，耐磨性差會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)面金屬微粒脫落，引起關(guān)節(jié)松動(dòng)，以及金屬微粒引起人體過(guò)敏反應(yīng)。而如果引入人工關(guān)節(jié)從未使用過(guò)的合金元素到所研發(fā)的鈦基合金里，則需要長(zhǎng)期的無(wú)害性和人體生物相容性臨床驗(yàn)證，而這樣的驗(yàn)證試驗(yàn)隨著時(shí)代的發(fā)展越來(lái)越?jīng)]有可能做。例如，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，有一種名叫tlm的新型鈦基合金，它的研發(fā)目的就是實(shí)現(xiàn)無(wú)毒，但是鋁、釩雖然是不含了，但卻含有人工關(guān)節(jié)從未使用過(guò)的鋯和錫，而且其屈服強(qiáng)度據(jù)報(bào)道是365mpa這根據(jù)中華人民共和國(guó)醫(yī)用外科植入物行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)yy0117.3—2005規(guī)定屈服強(qiáng)度應(yīng)不低于450mpa來(lái)說(shuō)，是不合格的。鈷基合金人工關(guān)節(jié)分為兩種，一種是鑄造鈷基合金人工關(guān)節(jié)；一種是鍛造鈷基合金人工關(guān)節(jié)。鑄造鈷基合金人工關(guān)節(jié)雖然有的是無(wú)磁或者微磁的，但由于鑄造本身的特點(diǎn)，其耐磨性和耐腐蝕性不如鍛造鈷基合金人工關(guān)節(jié)，因此使用壽命短。而對(duì)于一個(gè)人來(lái)說(shuō)，在有生之年，尤其是晚年，再做一次手術(shù)，換一個(gè)人工關(guān)節(jié)幾乎是不可能的。而鍛造鈷基合金人工關(guān)節(jié)，目前多是有磁的，少數(shù)微磁的也由于其他性能指標(biāo)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)而未見(jiàn)大量商業(yè)應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種人工關(guān)節(jié)新型合金及其熔煉工藝，用以解決現(xiàn)有鈷基合金，尤其是鍛造型鈷基合金晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，鍛造后有磁性。鑄造型鈷基合金雖然有的沒(méi)有磁性，但是其使用壽命遠(yuǎn)不及鍛造型鈷基合金。鈦基合金雖然沒(méi)有磁性，但是目前商業(yè)應(yīng)用的都不同程度地有毒性。本發(fā)明的新型合金是既無(wú)磁性，又無(wú)毒性，其他性能與現(xiàn)有的人工關(guān)節(jié)合金或相當(dāng)或是完全滿足相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的目的主要是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種人工關(guān)節(jié)新型合金，該人工關(guān)節(jié)新型合金的成分按重量百分比為：ni：35％-65％、co：15％-30％、cr：15％-30％、ti：0.0％-5.5％、mo：0.0％-6.0％、nb：0.0％-6.0％、fe：0.0％-5.5％、c：0.0％-1.0％；人工關(guān)節(jié)新型合金的晶體結(jié)構(gòu)均為穩(wěn)定的立方奧氏體晶體結(jié)構(gòu)。人工關(guān)節(jié)新型合金的成分按重量百分比為：ni：40％-52％、co：16％-23％、cr：16％-23％、ti：0.1％-2.0％、mo：0.1％-3.5％、nb：3.0％-6.0％、fe：0.1％-2.0％、c：0.1％-0.6％。人工關(guān)節(jié)新型合金的成分按重量百分比為：ni：53％-64％、co：25％-29％、cr：24％-29％、ti：2.5％-5.0％、mo：4.0％-5.5％、nb：0.1％-2.5％、fe：2.5％-5.0％、c：0.7％-0.9％。一種該人工關(guān)節(jié)新型合金的熔煉工藝，熔煉工藝采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉；該熔煉工藝的步驟為：s1、將的人工關(guān)節(jié)新型合金的各種元素成分重量百分比取中限值乘以所煉爐料總重量，得出相應(yīng)元素的爐料分重量；s2、按照步驟s1所計(jì)算出的各元素爐料分重量稱取各元素爐料所需的金屬原材料；重量稱取精確到克；各元素爐料的相應(yīng)合金元素含量不得小于99.9％；s3、將步驟s2所稱好的各元素爐料放置入熔煉爐坩堝，按順序，低熔點(diǎn)的元素爐料放在下部，高熔點(diǎn)的元素爐料放在上部；s4、關(guān)閉熔煉爐蓋；開(kāi)啟真空泵；當(dāng)真空度達(dá)到3pa時(shí)，給電熔化爐料；s5、當(dāng)爐料全部熔化成為液體之后，提高給電功率使合金液體溫度達(dá)到1600℃正負(fù)10℃，真空度達(dá)到0.5～0.1pa之內(nèi)；維持60分鐘；然后停電降溫；s6、當(dāng)步驟s5的合金液體溫度降至1450℃正負(fù)10℃時(shí)，給電，調(diào)整功率為熔化功率的30％，傾斜坩堝烙燙坩堝嘴；當(dāng)真空度達(dá)到0.4pa時(shí)，傾轉(zhuǎn)坩堝將合金液體澆注到鋼錠?；蛘哞T型中，然后關(guān)閉電源；s7、當(dāng)步驟s6的澆注完成之后，等待10分鐘以上，方可打開(kāi)爐蓋，吊出合金錠?；蛘哞T型；s8、打開(kāi)步驟s7的合金錠?；蛘哞T型，取出合金錠或者鑄件，在相應(yīng)規(guī)定的部位切取化學(xué)分析樣塊；送檢合格后，即告該合金熔煉工作完成；如果送檢結(jié)果不合格，則需查找各個(gè)環(huán)節(jié)，糾正失誤，重新熔煉。步驟s8的具體步驟為：在合金錠中部取樣化驗(yàn)；化驗(yàn)結(jié)果不符合人工關(guān)節(jié)新型合金的成分的重量百分比時(shí)，對(duì)真空感應(yīng)爐中的合金錠取三樣化驗(yàn)，三樣中任一取樣的化驗(yàn)結(jié)果不符合人工關(guān)節(jié)新型合金的成分的重量百分比則制備的人工關(guān)節(jié)新型合金不合格。本發(fā)明有益效果如下：1、本發(fā)明的一種新型人工關(guān)節(jié)合金是無(wú)磁的、而且沒(méi)有毒性，其他方面的性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；2、本發(fā)明的一種新型人工關(guān)節(jié)合金易于鑄造和鍛造(因?yàn)殄懺煲残枰辱T造出來(lái)金屬毛坯)，且鍛造之后仍然沒(méi)有磁性；3、本發(fā)明的一種新型人工關(guān)節(jié)合金由于使用貴金屬較少和易于鑄造和鍛造所帶來(lái)的成品合格率高，能源和材料消耗少，所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，該合金屬于資源節(jié)約型，環(huán)境保護(hù)型，具有可持續(xù)發(fā)展的意義；4、本發(fā)明的一種新型人工關(guān)節(jié)合金所有組成元素都是在現(xiàn)有人工關(guān)節(jié)合金中已經(jīng)早有應(yīng)用的，因此，其在醫(yī)用植入物中的可用性已無(wú)需臨床驗(yàn)證，也可以用于其他醫(yī)用人體植入物。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。附圖說(shuō)明附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。圖1為一種新型人工關(guān)節(jié)合金的光學(xué)金相鑄造鑄態(tài)組織示意圖；圖2為一種新型人工關(guān)節(jié)合金的光學(xué)金相鍛造退火組織示意圖；具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。一種人工關(guān)節(jié)新型合金，該人工關(guān)節(jié)新型合金的成分按重量百分比為：ni：35％-65％、co：15％-30％、cr：15％-30％、ti：0.0％-5.5％、mo：0.0％-6.0％、nb：0.0％-6.0％、fe：0.0％-5.5％、c：0.0％-1.0％；人工關(guān)節(jié)新型合金的晶體結(jié)構(gòu)均為穩(wěn)定的立方奧氏體晶體結(jié)構(gòu)。人工關(guān)節(jié)新型合金的成分按重量百分比為：ni：40％-52％、co：16％-23％、cr：16％-23％、ti：0.1％-2.0％、mo：0.1％-3.5％、nb：3.0％-6.0％、fe：0.1％-2.0％、c：0.1％-0.6％。人工關(guān)節(jié)新型合金的成分按重量百分比為：ni：53％-64％、co：25％-29％、cr：24％-29％、ti：2.5％-5.0％、mo：4.0％-5.5％、nb：0.1％-2.5％、fe：2.5％-5.0％、c：0.7％-0.9％。較優(yōu)的，人工關(guān)節(jié)新型合金的成分按質(zhì)量百分比為：ni：48％-51％、co：20％-22％、cr：19％-22％、ti：0.6％-1.2％、mo：1.0％-3.0％、nb：4.0％-6.0％、fe：0.8％-1.2％、c：0.2％-0.5％。該合金與現(xiàn)有鈷基人工關(guān)節(jié)合金相比，大幅度降低了鈷的含量，提高了鎳的含量，這里的設(shè)計(jì)理念就是為了獲得穩(wěn)定的，無(wú)磁性的面心立方奧氏體(fcc)晶體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的人工關(guān)節(jié)合金雖然也有的是這種晶體結(jié)構(gòu)，但是不穩(wěn)定，在加工成為人工關(guān)節(jié)最終產(chǎn)品的時(shí)候，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛写判缘捏w心立方馬氏體(hcp)晶體結(jié)構(gòu)或者是兩相共存，考慮到鎳元素的單質(zhì)體只有面心立方(fcc)一種可能存在的晶體結(jié)構(gòu)，在合金中有強(qiáng)烈的fcc晶體結(jié)構(gòu)促進(jìn)作用，而鈷元素的單質(zhì)體是面心立方(fcc)和體心立方(hcp)兩種可能存在的晶體結(jié)構(gòu)，這就奠定了它所形成的合金的晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的先天成因。因此為了設(shè)計(jì)出一種完全無(wú)磁和穩(wěn)定無(wú)磁的并且符合植入人體各項(xiàng)要求的合金，就設(shè)計(jì)出了wkg-1a的合金成分。此合金成分也由于價(jià)格遠(yuǎn)高于鎳元素的鈷元素的用量減少，而大幅度降低了合金的成本。還由于鎳是公認(rèn)的可提高鈷基合金可鑄性和可鍛性的元素，因此，會(huì)明顯降低生產(chǎn)難度和提高產(chǎn)品的合格率由此而降低人工關(guān)節(jié)的生產(chǎn)成本。而且該合金的所有組成元素都是在現(xiàn)有人工關(guān)節(jié)合金中早有應(yīng)用的，因此，其在醫(yī)用植入物中的可用性已無(wú)需臨床驗(yàn)證。一種該人工關(guān)節(jié)新型合金的熔煉工藝，熔煉工藝采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，該熔煉工藝的步驟為：s1、將的人工關(guān)節(jié)新型合金的各種元素成分重量百分比取中限值乘以所煉爐料總重量，得出相應(yīng)元素的爐料分重量；s2、按照步驟s1所計(jì)算出的各元素爐料分重量稱取各元素爐料所需的金屬原材料；重量稱取精確到克；各元素爐料的相應(yīng)合金元素含量不得小于99.9％；s3、將步驟s2所稱好的各元素爐料放置入熔煉爐坩堝，按順序，低熔點(diǎn)的元素爐料放在下部，高熔點(diǎn)的元素爐料放在上部；s4、關(guān)閉熔煉爐蓋；開(kāi)啟真空泵；當(dāng)真空度達(dá)到3pa時(shí)，給電熔化爐料；s5、當(dāng)爐料全部熔化成為液體之后，提高給電功率使合金液體溫度達(dá)到1600℃正負(fù)10℃，真空度達(dá)到0.5～0.1pa之內(nèi)；維持60分鐘；然后停電降溫；s6、當(dāng)步驟s5的合金液體溫度降至1450℃正負(fù)10℃時(shí)，給電，調(diào)整功率為熔化功率的30％，傾斜坩堝烙燙坩堝嘴；當(dāng)真空度達(dá)到0.4pa時(shí)，傾轉(zhuǎn)坩堝將合金液體澆注到鋼錠模或者鑄型中，然后關(guān)閉電源；s7、當(dāng)步驟s6的澆注完成之后，等待10分鐘以上，方可打開(kāi)爐蓋，吊出合金錠?；蛘哞T型；s8、打開(kāi)步驟s7的合金錠?；蛘哞T型，取出合金錠或者鑄件，在相應(yīng)規(guī)定的部位切取化學(xué)分析樣塊；送檢合格后，即告該合金熔煉工作完成；如果送檢結(jié)果不合格，則需查找各個(gè)環(huán)節(jié)，糾正失誤，重新熔煉。步驟s8的具體步驟為：在合金錠中部取樣化驗(yàn)；化驗(yàn)結(jié)果不符合人工關(guān)節(jié)新型合金的成分的重量百分比時(shí)，對(duì)真空感應(yīng)爐中的合金錠取三樣化驗(yàn)，三樣中任一取樣的化驗(yàn)結(jié)果不符合人工關(guān)節(jié)新型合金的成分的重量百分比則制備的人工關(guān)節(jié)新型合金不合格。具體實(shí)施例：1、wkg-1a合金制備使用100公斤級(jí)真空反應(yīng)爐，熔煉70公斤配料，熔煉工藝如下：s1、將人工關(guān)節(jié)新型合金的各種元素成分重量百分比取中限值乘以所煉爐料總重量，得出相應(yīng)元素的爐料分重量，按照計(jì)算出的各元素爐料分重量稱取各元素爐料所需的金屬原材料。重量稱取精確到克。金屬原材料的相應(yīng)元素元素含量不得小于99.9％。s2、將稱好的各元素爐料放置入熔煉爐坩堝，按順序，低熔點(diǎn)的元素爐料放在下部，高熔點(diǎn)的元素爐料放在上部；關(guān)閉熔煉爐蓋。開(kāi)啟真空泵。s3、當(dāng)真空度達(dá)到3pa時(shí)，給電(給電功率根據(jù)不同爐型和爐料多少而定)熔化爐料。s4、當(dāng)爐料全部熔化成為液體之后，提高給電功率使合金液體溫度達(dá)到1600℃正負(fù)10℃，真空度達(dá)到0.5～0.1pa之內(nèi)。維持60分鐘。然后停電降溫。s5、當(dāng)合金液體溫度降至1450℃正負(fù)10℃時(shí)，給電，功率到熔化功率的30％，傾斜坩堝烙燙坩堝嘴。當(dāng)真空度達(dá)到0.4pa時(shí)，傾轉(zhuǎn)坩堝將合金液體澆注到合金錠?；蛘哞T型中，然后關(guān)閉電源；s6、當(dāng)澆注完成之后，等待10分鐘以上，方可打開(kāi)爐蓋，吊出合金錠?；蛘哞T型；s7、打開(kāi)鋼錠?；蛘哞T型，取出鋼錠或者鑄件，在相應(yīng)規(guī)定的部位切取化學(xué)分析樣塊，送檢合格后，即告該合金熔煉工作完成。如果送檢結(jié)果不合格，則需查找各個(gè)環(huán)節(jié)，糾正失誤，重新熔煉。澆注完成凝固后，在鋼錠中部取樣化驗(yàn)，總共冶煉2爐，化驗(yàn)結(jié)果如表1所示：表1實(shí)際冶煉2爐wkg-1a合金錠的化驗(yàn)結(jié)果2、wkg-1a合金的微觀金相組織觀察如圖1、圖2所示，對(duì)第一爐合金進(jìn)行光學(xué)金相組織觀察。3、wkg-1a合金的物力性能對(duì)對(duì)第一爐合金進(jìn)行物力性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示：表2合金的物理性能由表2可以看出，該新型合金的洛氏硬度與現(xiàn)有人工關(guān)節(jié)的兩種具有代表性的合金基本相當(dāng)，屈服強(qiáng)度符合中華人民共和國(guó)醫(yī)用外科植入物行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)yy0117.3-2005規(guī)定的屈服強(qiáng)度應(yīng)不低于450mpa的要求，但是沒(méi)有磁性和毒性。4、wkg-1a合金的化學(xué)性能對(duì)wkg-1a合金進(jìn)行醫(yī)用植入物合金耐腐蝕性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示：表3wkg-1a合金耐na2s腐蝕性國(guó)標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目72小時(shí)168小時(shí)有磁性有毒性wkg-1a仍有光澤略有光澤無(wú)無(wú)f562仍有光澤失去光澤有無(wú)ti-6al-4v仍有光澤失去光澤無(wú)有注釋：耐腐蝕性試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：gb/t17168—1997由表3可以看出，該新型合金的耐腐蝕性與現(xiàn)有人工關(guān)節(jié)的兩種具有代表性的合金基本相當(dāng)，但是沒(méi)有磁性和毒性。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種人工關(guān)節(jié)新型合金及其熔煉工藝，該新型人工關(guān)節(jié)合金是無(wú)磁的、而且沒(méi)有毒性，其他方面的性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且易于鑄造(因?yàn)殄懺煲残枰辱T造出來(lái)金屬毛坯)和鍛造，且鍛造之后仍然沒(méi)有磁性，而且由于使用貴金屬較少和易于鑄造和鍛造所帶來(lái)的成品合格率高，能源和材料消耗少，所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，該合金屬于資源節(jié)約型，環(huán)境保護(hù)型，具有可持續(xù)發(fā)展的意義。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12