本文選題：Ti-Ta-Hf-Zr合金　切入點：金屬血管支架　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：由于鈦及其合金具有高的比強度,優(yōu)異的耐腐蝕性、生物相容性和較低的彈性模量,是生物醫(yī)用材料研究的熱點。生物鈦合金除了應(yīng)用于整形外科、牙科之外,作為心血管支架材料的研究也逐步受到重視。目前,常用的支架材料有金屬材料和高分子材料兩種,相對高分子材料而言,金屬支架性能更加穩(wěn)定,可以提供更好的支撐強度。316L SS不銹鋼是球囊擴張式支架最常用的材料之一,Ni-Ti合金也廣泛用作自展式支架材料,然而,它們都含有金屬Ni,這會引發(fā)局部免疫反應(yīng)和炎癥。因此,亟需一種既能滿足支架所需的力學(xué)性能、又是生物相容性好的新型材料。本文基于d電子合金設(shè)計、平均價電子濃度(e/a)、鉬當量(Moeq)等理論設(shè)計方法,設(shè)計制備出新型血管支架用β型Ti-37Ta-26Hf-13Zr,Ti-40Ta-22Hf-11.7Zr和Ti-45Ta-18.4Hf-10Zr(wt.%)三組性能優(yōu)異且生物相容性好的合金,并采用光學(xué)顯微鏡、共聚焦顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電鏡、透射電鏡、顯微硬度計、電子萬能試驗機、電化學(xué)工作站、X射線光電子能譜儀等系統(tǒng)分析了鑄態(tài)合金組織、機械性能、耐腐蝕性能及生物相容性,并采用熱處理、熱機械成型等方式優(yōu)化了組織與性能。本文的主要研究工作與結(jié)論如下:1、設(shè)計的三組Ti-Ta-Hf-Zr鑄態(tài)合金具有較高的強度(壓縮屈服強度,抗拉強度和拉伸屈服強度)、彈性容許應(yīng)變和顯微硬度。優(yōu)異的機械性能基本滿足自擴張支架應(yīng)用的性能要求。高屈服強度與高彈性容許應(yīng)變相結(jié)合為設(shè)計更薄壁厚支架提供了更大可能,以減小金屬支架中再狹窄率,但合金的延伸率有待提高。2、固溶時效處理時,隨著時效時間的延長Ti-40Ta-22Hf-11.7Zr合金組織變化為:β+ωath→β→β+α"→β+α"+α→β+α+ωiso,合金的強度、硬度隨著時效時間的延長而提高,塑性降低。固溶態(tài)時,合金顯示出優(yōu)異的壓縮性能,壓縮屈服強度約為1018 MPa,壓縮應(yīng)變?yōu)?0%時,仍未壓裂。OCP的結(jié)果顯示,Ti-40Ta-22Hf-11.7Zr在鑄態(tài)時耐腐蝕性能優(yōu)于cp-Ti和Ti6Al4V。耐腐蝕性能優(yōu)異是由于合金表面形成Ti O2、Ta2O5、Hf O2、Zr O2和Zr2O3等鈍化膜。3、較低形變量熱軋時(20%、60%),Ti-40Ta-22Hf-11.7Zr合金產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體α"組織,較大形變量(80%、90%)熱軋時,發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,晶粒顯著細化,晶粒尺寸由固溶態(tài)時的335.3μm降為12.4μm左右。由于位錯、細晶強化等因素影響,合金的力學(xué)性能較鑄態(tài)、固溶態(tài)有一定的提升。經(jīng)過再次固溶處理后,組織經(jīng)歷再結(jié)晶及晶粒長大的過程,此時強度、硬度、楊氏模量稍有降低,但延伸率、彈性容許應(yīng)變得到較大的提升。當形變量為90%時,綜合性能最優(yōu),此時,顯微硬度:347.3±8.0 HV,抗拉強度:1272.4±37.6 MPa,屈服強度:1231.8±33.5 MPa,延伸率:9.69±0.26%,楊氏模量:62.9±2.1 Gpa。尤其是彈性容許應(yīng)變達到1.96±0.05%,媲美以彈性容許應(yīng)變著稱的塊狀金屬玻璃(BMG)。此時,合金的耐腐蝕性能最好,Ecorr,icorr,CR分別為-0.318±0.013V,0.32±0.08μA/cm2及2.79±0.70μm/y r。4、SaOS_2成骨細胞試驗表明,本文設(shè)計的三組Ti-Ta-Hf-Zr合金皆具有良好的生物相容性。本研究也進一步證實Hf的生物相容性與Ti,Zr和Ta接近。
[Abstract]:Because the titanium and its alloys have high specific strength, excellent corrosion resistance, biocompatibility and lower elastic modulus, is the research focus of biomedical materials. In addition to outside biological titanium alloy used in orthopedic surgery, dentistry, as the study of cardiovascular stent materials also gradually attention. At present, scaffold materials are commonly used two kinds of metal materials and polymer materials, high molecular materials, the performance of the metal stent is more stable, can provide better support strength of.316L SS stainless steel is one of the most commonly used material balloon expandable stents, Ni-Ti alloy is widely used as a self expandable stent material, however, they all contain Ni metal, it will cause the local immune response and inflammation. Therefore, we need a can meet the mechanical performance of the support required, and is a new material with good biocompatibility. The D alloy design based on average valence electron Concentration (e/a), molybdenum (Moeq) equivalent theory design method, designed and prepared a novel vascular stent with beta Ti-37Ta-26Hf-13Zr, Ti-40Ta-22Hf-11.7Zr and Ti-45Ta-18.4Hf-10Zr (wt.%) three groups of excellent performance and good biocompatibility of the alloy, and the use of optical microscopy, confocal microscopy, X ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, microhardness tester, electronic universal testing machine, electrochemical workstation, X ray photoelectron spectrometer system analyzes the microstructure of alloy, mechanical properties, corrosion resistance and biocompatibility, and the use of heat treatment, thermal mechanical forming methods optimize microstructure and properties. The main research work and conclusions are as follows: 1, three groups of Ti-Ta-Hf-Zr design of cast alloy with high strength (compressive strength, tensile strength and tensile yield strength), elastic allowable strain and microhardness. Basic with excellent mechanical properties The performance requirements of foot self expanding stent application should be allowed. In combination may provide greater potential for the design of more thin-wall support with high yield strength and high elasticity, to reduce the metallic stent restenosis rate, but the elongation of the alloy to be improved.2, solid solution and aging treatment, with the aging time of the extension of the microstructure of Ti-40Ta-22Hf-11.7Zr alloy change: beta + Omega ATH, beta, beta + alpha ", alpha + beta + alpha to beta + alpha + Omega ISO, the strength of the alloy, the hardness increased with the increase of aging time, the ductility decreases. The solid solution state when the alloy exhibits excellent compression performance, the compressive yield strength of about for 1018 MPa, the compressive strain is 70%, not the fracturing results show.OCP Ti-40Ta-22Hf-11.7Zr as cast corrosion resistance is better than that of cp-Ti and Ti6Al4V. had excellent corrosion resistance due to the formation of Ti O2, Hf O2, Ta2O5 alloy, Zr O2 and Zr2O3.3 film, low deformation during hot rolling (20%, 60%), Ti-40Ta-22Hf-11.7Zr alloy stress induced martensite organization, large deformation "alpha (80%, 90%) during hot rolling, dynamic recrystallization, grain refinement, the grain size of the solid solution state when the 335.3 m reduced to about 12.4 m. Due to the dislocation, fine grain strengthening and other factors. The mechanical properties of the alloy is cast, solid solution of a certain improvement. After solution treatment, the process of organizational experience, recrystallization and grain growth of the strength, hardness, Young's modulus decreased slightly, but the elongation, elastic allowable strain greatly improved. When the deformation is 90%. The optimal comprehensive performance, at this time, the micro hardness: 347.3 + 8 HV, tensile strength: 1272.4 + 37.6 MPa, yield strength: 1231.8 + 33.5 MPa, elongation: 9.69 + 0.26%, 62.9 + 2.1 Gpa.: Young's modulus especially elastic allowable strain reached 1.96 + 0.05%, comparable to the bulk metal elastic allowable strain is known Glass (BMG). At this time, the corrosion resistance of alloy Ecorr, icorr, CR, respectively, -0.318 + 0.013V, 0.32 + 0.08 and 2.79 + 0.70 m/y A/cm2 r.4, SaOS_2 osteoblast test showed that three groups of Ti-Ta-Hf-Zr alloy are designed in this paper has good biocompatibility. This study also further confirmed the compatibility with Ti Hf Zr and Ta biology, close.

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R318.08;TG146.23

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳慶福,田文彥,王利明,沙貴清;管材屬性對血管支架行為及支架制造性能影響[J];材料科學(xué)與工藝;2005年01期

2 皇甫強;于振濤;羅麗娟;牛金龍;張亞峰;賀新杰;;新型高強度鈦合金血管支架的制備與性能研究[J];稀有金屬;2006年S1期

3 毛琳;章曉波;袁廣銀;丁文江;;生物可降解血管支架的研究進展[J];材料導(dǎo)報;2010年19期

4 向萍;李敏;;靜電紡絲制備小直徑血管支架[J];材料導(dǎo)報;2011年03期

5 吳遠浩;周曉晨;李楠;鄭玉峰;;可降解金屬血管支架研究進展[J];中國材料進展;2012年09期

6 趙亮;徐艷麗;何孟;李敏;陳雨晴;;雙層蛛絲蛋白血管支架的體外降解研究[J];功能材料;2013年18期

7 馬嘉麗;朱明;繆衛(wèi)東;寇亞明;陳增勝;;鎳鈦合金血管支架力學(xué)性能測定[J];金屬功能材料;2013年03期

8 ;國產(chǎn)第一代含藥緩釋血管支架在滬誕生[J];健康大視野;2005年11期

9 王曙東;李雙燕;張幼珠;;小口徑組織工程血管支架的研究與展望[J];蘇州大學(xué)學(xué)報(工科版);2008年02期

10 張海燕;趙安莎;陳俊英;潘長江;黃楠;;硬組織切片技術(shù)在血管支架研究中的應(yīng)用[J];食品與藥品;2006年09期

相關(guān)會議論文 前10條

1 馬生梅;王業(yè)南;尚新春;;醫(yī)用血管支架的振動分析[A];北京力學(xué)會第15屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2009年

2 李寧;顧元憲;;血管支架靜力學(xué)模擬的建模簡化方案[A];大連理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)論文集（第2卷）[C];2005年

3 田楊;黃耀熊;;不銹鋼血管支架的力學(xué)研究[A];第十次中國生物物理學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

4 張憬;尚新春;;血管支架的固有頻率計算[A];北京力學(xué)會第十六屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

5 邵長飛;董何彥;劉振峰;;動脈血管支架設(shè)計與支撐性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第2分冊）[C];2010年

6 鐘振茂;劉道志;孫康;;有限元分析技術(shù)在血管支架設(shè)計中的應(yīng)用[A];2007第一屆全國介入醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)會議論文匯編[C];2007年

7 王國輝;王盛強;徐益民;;血管支架的加速疲勞測試[A];2007第一屆全國介入醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)會議論文匯編[C];2007年

8 黃楠;;抗凝血、抗組織增生的表面仿生的血管支架研究[A];提高全民科學(xué)素質(zhì)、建設(shè)創(chuàng)新型國家——2006中國科協(xié)年會論文集[C];2006年

9 徐仲英;;不同類型被膜血管支架的實驗研究[A];中華醫(yī)學(xué)會第一次全國介入醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會議論文匯編[C];2001年

10 趙麗嬌;孫錕;陳筍;馮其茂;王劍;;小兒生物可降解血管支架新型材料細胞毒性評價[A];2012年江浙滬兒科學(xué)術(shù)年會暨浙江省醫(yī)學(xué)會兒科學(xué)分會學(xué)術(shù)年會、兒內(nèi)科疾病診治新進展國家級學(xué)習(xí)班論文匯編[C];2012年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者　 周東;不迷信權(quán)威瞄準第三代中孵友信血管支架突圍[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2006年

2 特約撰稿 徐錚奎;中低價位血管支架市場潛力巨大[N];醫(yī)藥經(jīng)濟報;2010年

3 特約撰稿 徐錚奎;植入式血管支架嬗變謀新生[N];醫(yī)藥經(jīng)濟報;2013年

4 周東;第三代血管支架遭遇270萬美元尷尬[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2006年

5 劉云濤;我國研制出支架力學(xué)性能快速評價工具[N];中國醫(yī)藥報;2008年

6 胡德榮;國產(chǎn)含藥緩釋血管支架“出爐”[N];健康報;2004年

7 特約撰稿 徐錚奎;心血管疾病攪動亞太[N];醫(yī)藥經(jīng)濟報;2010年

8 欣華;新一代可吸收型血管支架效果良好[N];醫(yī)藥經(jīng)濟報;2009年

9 葉國標;國產(chǎn)含藥緩釋血管支架誕生[N];中國醫(yī)藥報;2004年

10 徐錚奎;美國醫(yī)療器械產(chǎn)品研發(fā)推陳出新[N];中國醫(yī)藥報;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 林繼興;新型血管支架用β型Ti-Ta-Hf-Zr合金設(shè)計及組織、性能研究[D];吉林大學(xué);2017年

2 趙亮;基于雙層蛛絲蛋白血管支架和干細胞構(gòu)建小直徑組織工程血管及其修復(fù)動脈缺損的研究[D];福建師范大學(xué);2014年

3 涂秋芬;以脫細胞犬動脈為基質(zhì)的新型組織工程血管支架的制備和體外再細胞化研究[D];四川大學(xué);2007年

4 李偉;生物可降解稀土鎂合金血管支架無縫管材的制備技術(shù)及性能研究[D];重慶大學(xué);2011年

5 劉賓;脫細胞組織工程血管支架材料的實驗研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2009年

6 陳華勇;異種小血管支架的實驗移植機制與CD34陽性細胞生物學(xué)特性的研究[D];中國醫(yī)科大學(xué);2006年

7 潘長江;藥物洗脫血管支架研究[D];西南交通大學(xué);2006年

8 張良;1.新型小口徑血管支架和其體內(nèi)生物行為的研究 2.雪旺氏細胞促進骨髓間充質(zhì)干細胞增殖和向動脈樣細胞分化的實驗研究[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2008年

9 虞劍;復(fù)合SDF-1α的組織工程血管支架在小口徑人造血管移植和重建中的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

10 劉小麗;血管支架用Mg-Zn-Y-Nd合金的體外生物相容性及表面改性研究[D];北京科技大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 武亮亮;考慮拋光效應(yīng)的血管支架有限元計算及性能分析[D];西南交通大學(xué);2009年

2 萬敏;血管支架物理力學(xué)性能實驗研究[D];山東大學(xué);2011年

3 劉培玉;生物鎂合金血管支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化[D];鄭州大學(xué);2015年

4 邢海瑞;Ti-Ni合金血管支架的有限元分析和疲勞性能研究[D];北京有色金屬研究總院;2015年

5 徐興晟;全吸收式生物血管支架在治療原發(fā)自體冠狀動脈病變中的臨床研究[D];山東大學(xué);2015年

6 何孟;一種雙層人工血管支架的構(gòu)建及其生物相容性研究[D];福建師范大學(xué);2015年

7 鄒秋華;一體化編織型血管支架的制備與力學(xué)性能研究[D];東華大學(xué);2016年

8 姚艷;鎂合金血管支架降解過程中的生物力學(xué)性能分析[D];太原理工大學(xué);2016年

9 習(xí)武佳;血管支架表面織構(gòu)設(shè)計及其力學(xué)性能分析[D];南昌大學(xué);2015年

10 高云亮;鎳鈦合金血管支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能研究[D];北京有色金屬研究總院;2016年

，

本文編號：1605280