脊椎固定ロッド用新チタン合金の開発

本研究は脊椎固定手術にかかわる医師および患者の両者にとって望ましいロッドを目指し、低弾性率チタン合金に局所弾性率上昇機能を付与した弾性率可変型新チタン合金の開発を目的とする。実験方法として、チタンに、毒性・アレルギー性が低い元素であるZr,MoおよびCrを添加し、応力誘起相変態が生じる準安定β型合金Ti-30Zr-(Mo,Cr)を設計した。溶体化処理を施したTi-30Zr-(Mo,Cr)合金のミクロ組織はβ母相および非熱的ω相から構成されていた。非熱的ω相の量はMo当量の増加に伴い減少した。これらの合金では、従来の生体用金属材料である工業用純チタン,Ti-6Al-4V ELI合金およびSUS 316Lステンレス鋼よりも低弾性率である約70GPaが得られた。冷間圧延後、応力誘起α'相および{332}<113>変形双晶がTi-30Zr-4Cr,Ti-30Zr-1Cr-5Mo,Ti-30Zr-2Cr-4MoおよびTi-30Zr-3Cr-3Mo合金において認められた。一方、{332}<113>変形双晶およびすべりがTi-30Zr-5Crにおいて認められた。TEMの結果より、応力誘起ω相は{332}<113>変形双晶と共に生成した。Ti-30Zr-5CrおよびTi-30Zr-3Cr-3Mo合金は応力誘起ω相変態により、冷間圧延後、弾性率が上昇することがわかった。負荷-除荷実験結果より、応力誘起相変態が生じるTi-30Zr-3Cr3Mo合金は応力誘起相変態が起こらないTi-29Nb-13Ta-4.6Zr合金よりもスプリングバックが小さいことが明らかとなった。

本研究は脊椎固定手術にかかわる医師および患者の両者にとって望ましいロッドを目指し、低弾性率チタン合金に局所弾性率上昇機能を付与した弾性率可変型新チタン合金の開発を目的とする。実験方法として、チタンに、毒性・アレルギー性が低い元素であるZr,MoおよびCrを添加し、応力誘起相変態が生じる準安定β型合金Ti-30Zr-(Mo,Cr)を設計した。溶体化処理を施したTi-30Zr-(Mo,Cr)合金のミクロ組織はβ母相および非熱的ω相から構成されていた。非熱的ω相の量はMo当量の増加に伴い減少した。これらの合金では、従来の生体用金属材料である工業用純チタン,Ti-6Al-4V ELI合金およびSUS 316Lステンレス鋼よりも低弾性率である約70GPaが得られた。冷間圧延後、応力誘起α'相および{332}<113>変形双晶がTi-30Zr-4Cr,Ti-30Zr-1Cr-5Mo,Ti-30Zr-2Cr-4MoおよびTi-30Zr-3Cr-3Mo合金において認められた。一方、{332}<113>変形双晶およびすべりがTi-30Zr-5Crにおいて認められた。TEMの結果より、応力誘起ω相は{332}<113>変形双晶と共に生成した。Ti-30Zr-5CrおよびTi-30Zr-3Cr-3Mo合金は応力誘起ω相変態により、冷間圧延後、弾性率が上昇することがわかった。負荷-除荷実験結果より、応力誘起相変態が生じるTi-30Zr-3Cr3Mo合金は応力誘起相変態が起こらないTi-29Nb-13Ta-4.6Zr合金よりもスプリングバックが小さいことが明らかとなった。