生体内環境における医用器具用チタン合金の疲労特性の改善に関する研究

改善医疗器械用钛合金体内环境疲劳性能的研究

• 批准号: 04650648
• 负责人: 新家 光雄
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1992
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1992 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04650648/
• 关键词: 医用器具; チタン合金; ステンレス鋼; 生体内環境; 疲労強度; 引張強度; 化学熱処理; ミクロ組織

本研究では、医用器具用チタン合金として実績のあるTi-6Al-4V(Ti-6・4)ELI合金および開発段階にあるTi-5Al-2.5Fe(Ti-5・2.5)合金のより適切な医用器具への適用を踏まえて、疲労強度特性を大気中および生体内環境にて調べることおよび水素を用いた化学熱処理(TCP)によるミクロ組織の微細化による同チタン合金の疲労強度の改善を目的とした。先ず、Ti-6・4およびTi-5・2.5合金の引張強度および疲労強度特性を大気中にて調べた。その場合、従来医用器具用金属系材料として多用されてきているステンレス鋼(SUS 316L)の引張強度および疲労強度特性との比較も行った。Ti-5・2.5合金の引張強さ、0.2%耐力および伸びは、Ti-6・4合金のそれらに比べやや優れる結果が得られた。SUS 316L鋼の引張強さおよび0.2%耐力は、両チタン合金のそれらに比べかなり劣るが、伸びについては逆にかなり優れた結果となった。回転曲げ疲労強度をこれらの合金について調べたところ、SUS 316L鋼では例えば10^6サイクルの寿命の場合両チタン合金の疲労強度の約1/2と低くなっており、両チタン合金の疲労強度はほぼ等しいが、ややTi-5・2.5合金の疲労強度の方がTi-6.・4合金に比べ優れることがわかった。したがって、Ti-5・2.5合金の医用器具への適用が支持される。一方、Ti-6・4およびTi-5・2.5合金に水素吸脱処理、すなわち化学熱処理(TCP)を施したところ、両チタン合金のミクロ組織が微細化され、引張強度が著しく改善された。特にTi-5・2.5合金では、強度とともに伸びおよび破壊靭性も向上した。よって、TCP処理による両チタン合金の疲労強度の向上が期待される。上記研究を進行されるとともに、生体内環境装置を回転曲げ疲労試験機に設置した。今後、生体内環境での疲労強度データの蓄積をさらに進めることが可能となった。

In this study, Ti-6Al-4V(Ti-6.4)ELI alloy for medical instruments was prepared by Ti-5Al-2.5Fe alloy with high thermal conductivity.(Ti-5·2.5) alloy is suitable for medical appliance application, fatigue strength characteristics, chemical heat treatment (TCP), microstructure miniaturization, and fatigue strength improvement. The tensile strength and fatigue strength characteristics of Ti-6·4 and Ti-5·2.5 alloys are greatly modified. In this case, metallic materials for medical instruments are widely used. Tensile strength and fatigue strength characteristics of steel (SUS 316L) are compared. Ti-5·2.5 alloy tensile strength, 0.2% resistance, Ti-6·4 alloy tensile strength, Ti-6·4 alloy tensile strength The tensile strength of SUS 316L steel is more than 0.2%; the tensile strength of SUS 316L steel is more than 0.0%; the tensile strength of SUS 316L steel is more than 0%; the tensile strength of SUS 316 The fatigue strength of the alloy is about 1/2 of that of Ti-5·2.5 alloy. The fatigue strength of Ti-5·2.5 alloy is about Ti-6. 4 alloy is better than. Ti-5·2.5 alloy medical instruments are suitable for use in medical applications. For Ti-6·4 and Ti-5·2.5 alloys, moisture desorption treatment, chemical heat treatment (TCP) were applied to refine the microstructure and tensile strength of the alloy. Especially Ti-5·2.5 alloy, strength, elongation and toughness are improved. The fatigue strength of the alloy is expected to increase with the increase of temperature and TCP treatment. The above study was carried out on the environment in vivo. In the future, the environment in vivo will be exhausted and the accumulation will continue.

项目成果

新家 光雄,小林 俊郎,イゴール・アレフセービッチ・アフモリン: "チタン合金の力学的性質" 軽金属. 42. 605-613 (1992)

Mitsuo Shinie、Toshiro Kobayashi、Igor Alevsevich Afmolin：“钛合金的机械性能”轻金属。 42. 605-613 (1992)

宮 波,新家 光雄,小林 俊郎,大藪 行俊: "水素を用いた化学熱処理によるα+β型チタン合金のミクロ組織と強靭性" 軽金属. 42. 638-643 (1992)

Nami Miya、Mitsuo Shinie、Toshiro Kobayashi、Yukitoshi Oyabu：“利用氢进行化学热处理的 α+β 型钛合金的微观结构和韧性”轻金属 42. 638-643 (1992)。