含氧化层锆铌合金肩关节假体系统及制备方法技术方案

本发明专利技术公开了含氧化层锆铌合金肩关节假体系统及制备方法，步骤为：以锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型得到带有关节面的肱骨柄或肩胛盂板的中间产物，经热等静压和深冷和表面氧化，制备成带有关节面的肱骨柄或肩胛盂板，本发明专利技术的结构包括肱骨柄、关节面、肱骨头和肩胛盂板，在肱骨柄的上部外表面、肩胛盂板的上表面和带有内螺纹的圆管外表面设置有骨小梁。本发明专利技术制备的带有关节面的肱骨柄或肩胛盂板的骨小梁与实体结合强度高，不易脱落，提升假体寿命。带有关节面的肱骨柄可一体化实现骨整合界面的优良生物相容性、骨长入性和摩擦界面的超强耐磨性、低磨损率；肱骨头经氧化后形成氧化层，实现摩擦界面的超强耐磨性、低磨损率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
含氧化层锆铌合金肩关节假体系统及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种肩关节假体，尤其含氧化层锆铌合金肩关节假体系统及制备方法。

技术介绍

[0002]关节置换术是目前临床上针对终末期关节疾患的有效治疗方式。但是，关节假体长期植入人体，在体内复杂生理、力学环境长期作用下，软体材料，如：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，会因关节面磨损产生大量磨屑颗粒，磨屑聚集可引起一系列组织反应，导致骨溶解，无菌松动，假体失效。并且，对于钴铬合金、镍钛合金和不锈钢合金等金属关节材料，会在体内摩擦、腐蚀长期共同作用下释放有毒金属离子，如Cr、Ni、Mn、Mo和V等离子，一方面会引起过敏反应；另一方面也存在其它不明潜在危害。
[0003]锆铌合金具有优异耐腐蚀性、力学性能和良好生物相容性，被逐渐应用于医疗器械领域。锆铌合金可与N、C、O等元素反应在表面形成坚硬的氧化层，具有优异耐磨性和低磨损率，可降低对软体材料的磨损，即具有关节面界面的优异耐磨性；且氧化层可降低金属离子的释放，具有优异生物相容性，即具有骨整合界面的优异生物相容性。低磨损率的关节面与骨长入性能优异的骨整合界面(骨小梁)有机配伍，可使假体同时实现两界面优点。
[0004]目前临床上使用的关节假体包括骨水泥固定型假体和非骨水泥固定型假体。有研究显示，采用骨水泥固定的假体在骨水泥凝固过程中产生的高温会造成部分骨细胞的死亡，影响后期的骨生长。非骨水泥固定型假体由于良好的骨生长性能，因此得到了越来越广泛的应用。非骨水泥固定型假体的骨整合界面通常采用表面喷涂羟基磷灰石涂层或钛涂层，其优点是克服了骨水泥凝固时的高温，有利于骨细胞的生长，缺点是表面涂层容易脱落，影响使用效果，严重时会造成手术失败。随着金属3D打印技术的发展，采用3D打印技术在假体与宿主骨组织接触的表面打印多孔结构的金属骨小梁不仅解决了涂层的脱落问题，而且实现了骨组织从骨长上向骨长入的转变。但3D打印产品实体部分易存在显微组织不均匀、内部缺陷等问题，力学性能不佳；骨小梁部分结构中粉末未能得到良好熔结，力学性能差。
[0005]因此，制备一种力学性能优异，且同时具有两界面优点，骨整合性能优异和摩擦界面低磨损率的关节假体系统，具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于克服现有技术不足，提供含氧化层锆铌合金肩关节假体系统。
[0007]本专利技术的第二个目的是提供含氧化层锆铌合金肩关节假体系统的制备方法。
[0008]本专利技术的技术方案概述如下：
[0009]含氧化层锆铌合金肩关节假体系统的制备方法，包括如下步骤：
[0010]1)带有关节面的肱骨柄或肩胛盂板的制备：
[0011]1-1)以锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型分别得到带有关节面的肱骨柄的第一中间产物和肩胛盂板的第一中间产物，将两种第一中间产物放入热等静压炉，在氦气或氩气保护下，升温至1250℃-1400℃，在140MPa-180MPa，恒温放置1h-3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到两种第二中间产物；
[0012]1-2)将两种第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温，得到两种第三中间产物；
[0013]1-3)将两种第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温；得两种第四中间产物；
[0014]1-4)将两种第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，得两种第五中间产物，带有关节面的肱骨柄的第五中间产物的半球形凹槽的粗糙度Ra≤0.050μm；
[0015]1-5)将两种第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％-15％的常压氦气或氩气，以5℃/min-20℃/min加热至500℃-700℃，以0.4℃/min-0.9℃/min降温至400℃-495℃，再自然冷却至200℃以下取出，分别得到带有关节面的肱骨柄和肩胛盂板；
[0016]带有关节面的肱骨柄的第一中间产物、第二中间产物、第三中间产物、第四中间产物和第五中间产物的结构与带有关节面的肱骨柄的结构相同。
[0017]肩胛盂板的第一中间产物、第二中间产物、第三中间产物、第四中间产物和第五中间产物的结构与肩胛盂板的结构相同。
[0018]2)肱骨头的制备：
[0019]2-1)将锆铌合金锻件机加工、修整、抛光、清洗和干燥，得肱骨头中间产物，所述肱骨头中间产物外表面的粗糙度Ra≤0.050μm；
[0020]2-2)将肱骨头中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％-15％的常压氦气或氩气，以5℃/min-20℃/min加热至500℃-700℃，以0.4℃/min-0.9℃/min降温至400℃-495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到肱骨头；
[0021]含氧化层锆铌合金肩关节假体系统的结构：包括肱骨柄1、关节面12、肱骨头2和肩胛盂板3，关节面12上端设置有半球形凹槽13，肱骨头与半球形凹槽活动连接，肱骨头与肩胛盂板3卡扣连接；所述肩胛盂板3上固定连接有带有内螺纹的圆管33和带有内螺纹的孔31，所述肱骨柄1和关节面12固定连接成带有关节面的肱骨柄；在肱骨柄的上部的外表面、肩胛盂板的上表面和带有内螺纹的圆管的外表面设置有骨小梁4；
[0022]所述锆铌合金粉的化学成分按质量百分比为85.6％-96.5％的Zr，1.0％-12.5％的Nb，其余为不可避免的杂质；所述锆铌合金粉的粒径为45μm-150μm。
[0023]所述锆铌合金锻件的化学成分按质量百分比为85.6％-96.5％的Zr，1.0％-12.5％的Nb，其余为不可避免的杂质。
[0024]所述步骤1-2)、1-3)所述调节温度为：升温至-120℃～-80℃，恒温保持3h-5h；再升温至-40℃～-20℃，恒温保持3h-5h；再升温至4℃-8℃，恒温保持1h-3h，升温。
[0025]所述骨小梁(4)孔径为0.35mm-1.10mm，孔隙率为55％-78％，通孔率为100％。
[0026]上述方法制备的含氧化层锆铌合金肩关节假体系统。
[0027]与现有技术方案相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028]本专利技术的肱骨柄上部外表面、肩胛盂板上表面和带有内螺纹的圆管外表面采用骨小梁设计，提高假体的骨长入性能。本专利技术带有关节面的肱骨柄和肩胛盂板采用3D打印一体成型，解决传统机加工无法制备复杂结构的难题，且骨小梁与实体结合强度高，不易脱落，提升假体寿命。本专利技术可实现骨整合界面的优良生物相容性、骨长入性和摩擦界面的超强耐磨性、低磨损率。本专利技术的带有关节面的肱骨柄、肱骨头和肩胛盂板的氧化层与基体之间存在富氧层，富氧层有过渡层作用，提高氧化层与基体之间附着力，避免氧化层脱落；且氧化层硬度高。本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含氧化层锆铌合金肩关节假体系统的制备方法，其特征是包括如下步骤：1)带有关节面的肱骨柄或肩胛盂板的制备：1-1)以锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型分别得到带有关节面的肱骨柄的第一中间产物和肩胛盂板的第一中间产物，将两种第一中间产物放入热等静压炉，在氦气或氩气保护下，升温至1250℃-1400℃，在140MPa-180MPa，恒温放置1h-3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到两种第二中间产物；1-2)将两种第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温，得到两种第三中间产物；、1-3)将两种第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温；得两种第四中间产物；1-4)将两种第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，得两种第五中间产物，带有关节面的肱骨柄的第五中间产物的半球形凹槽的粗糙度Ra≤0.050μm；1-5)将两种第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％-15％的常压氦气或氩气，以5℃/min-20℃/min加热至500℃-700℃，以0.4℃/min-0.9℃/min降温至400℃-495℃，再自然冷却至200℃以下取出，分别得到带有关节面的肱骨柄和肩胛盂板；带有关节面的肱骨柄的第一中间产物、第二中间产物、第三中间产物、第四中间产物和第五中间产物的结构与带有关节面的肱骨柄的结构相同；肩胛盂板的第一中间产物、第二中间产物、第三中间产物、第四中间产物和第五中间产物的结构与肩胛盂板的结构相同；2)肱骨头的制备：2-1)将锆铌合金锻件机加工、修整、抛光、清洗和干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏波，史文，张鹏，黄振宇，刘璐，
申请(专利权)人：嘉思特华剑医疗器材天津有限公司，
类型：发明
国别省市：