CZ306784B6 - Slévárenská Co-Cr-Mo slitina pro orthopedické účely - Google Patents
Slévárenská Co-Cr-Mo slitina pro orthopedické účely Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306784B6 CZ306784B6 CZ2015-949A CZ2015949A CZ306784B6 CZ 306784 B6 CZ306784 B6 CZ 306784B6 CZ 2015949 A CZ2015949 A CZ 2015949A CZ 306784 B6 CZ306784 B6 CZ 306784B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- alloy
- foundry
- weight
- alloys
- amount
- Prior art date
Links
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 title abstract description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 66
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 64
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 21
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical group [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 claims description 3
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 claims description 3
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013150 knee replacement Methods 0.000 abstract 1
- 238000011541 total hip replacement Methods 0.000 abstract 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 10
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 10
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002639 bone cement Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 208000037408 Device failure Diseases 0.000 description 1
- 206010058314 Dysplasia Diseases 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000013566 allergen Substances 0.000 description 1
- 230000000172 allergic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 208000010668 atopic eczema Diseases 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- -1 chromium carbides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000433 cytotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000001472 cytotoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 231100000024 genotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000001738 genotoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000033687 granuloma formation Effects 0.000 description 1
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003389 potentiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Slévárenská Co-Cr-Mo slitina pro orthopedické účely je určená zejména pro přesné odlévání kovových kloubních a kostních implantátů, například totálních náhrad kyčelních nebo kolenních kloubů, resp. jejich komponent, přičemž obsahuje v hmotnostním množství min. 50 % Co, 20 až 35 % Cr, 3 až 10 % Mo, 0,01 až 0,5 % C, jakož i celkem 1 až 10 % alespoň jednoho z prvků vybraných ze skupiny Zr, Nb, Ta a doprovodné příměsi v množství max. 2 %.
Description
Vynález se týká slévárenské Co-Cr-Mo slitiny pro orthopedické účely, která je určena zejména pro přesné odlévání kovových kloubních a kostních implantátů, například totálních náhrad kyčelních nebo kolenních kloubů resp. jejich komponent.
Dosavadní stav techniky
V současné době se pro výrobu těchto implantátů, používaných v orthopedii, běžně používají vysoce ušlechtilé nerezavějící oceli, titanové slitiny nebo i stále ve větší míře slitiny na bázi kobaltu, například kobalto-chrom-molybdenové (Co-Cr-Mo) slitiny se zlepšenými mechanickými vlastnostmi a zvýšenou biokompatibilitou. Tyto Co-Cr-Mo slitiny obecně obsahují v hmotnostním množství obvykle kolem zhruba 20 až 30 % Cr, 4,5 až 7 % Mo, 0 až 0,35 % C, max. 1 % jednotlivých příměsí jako je např. Mn, Fe, Ni, Si, zbytek pak tvoří kobaltová matrice, což je CoCr-Mo slitiny dle ISO 8532-4.
Konkrétně pak z patentových spisů, týkajících se těchto Co-Cr-Mo slitin, je známé například řešení dle spisu US 6 539 607, jehož předmětem je biokompatibilní implantát a slitina k jeho výrobě, která obsahuje v hmotnostním množství 26 až 28 % Cr; 5 až 6 % Mo, max. 1 % Mn, max. 1 % Ni, max. 0,75 % Fe, max. 0,07 % C, přičemž zbytek jsou Co a nečistoty. Tato slitina může dále v hmotnostním množství případně obsahovat max. 0,25 % N, méně než 0,10 % Si a méně než 0,02 % Ti.
Ze spisu GB 250 437 je rovněž známá slitina, která obsahuje v hmotnostním množství 23 až 33 % Cr, od asi 8 do asi 20 % Mo, 0,05 až 1,5 % Si, 0,35 až 3,5 % C, 40 až 60 % Co, a náhodné nečistoty.
Z patentových spisů jsou dále známé i Co-Cr-Mo slitiny, obsahující další legující prvky, jako je například slitina dle spisu US 4 253 869, obsahující v hmotnostním množství 48 až 58 % Co, 17 až 27 % Cr, 7 až 15 % W, 7 až 15 % Ru, 1 až 4 % Mo, 0,5 až 1,5 % Mn, 0,5 až 1,5 % Nb, 0,1 až 0,2 % B, 0,5 až 1,5 % Fe a 0,5 až 2 % Cu.
Další takovouto slitinou je slitina dle spisu MX 2012012781, obohacená o precipitáty na bázi B a kombinace dalších biokompatibilních prvků (Ti, Ta, Nb, Zr, Pt), které mění mechanické a zejména tribologické vlastnosti, přičemž přidáním boru se snižuje teplota tání slitiny a zlepšuje zabíhavost při lití. Podle hlavního patentového nároku tato slitina obsahuje v hmotnostním množství 25 až 30 % Cr, 4 až 10 % Mo, 0,6 až 4 % B, max. 1 % Si, max. 0,5 % Fe, max. 0,5 % Al, max. 0,35 % C a 0,05 až 1 % Zr, zbytek Co. Dalšími obdobnými spisy je pak spis US 3 960 552, US 3 432 294 a US 3 837 838.
Ze spisu JP 2008/001942 je známá sintrovaná povrchová vrstva implantátu, obsahující v hmotnostním množství 20 až 34 % Cr, 1 až 10 % Mo, 0,05 až 5 % alespoň jednoho z prvků, vybraných ze skupiny Zr, Nb, Ta, Ti, dále 0,01 až 1 % C, zbytek Co, nanášená na jeho nijak již blíže specifikovaný základní materiál na bázi Co-Cr-Mo slitiny. Tato sintrovaná povrchová vrstva se na tento základní materiál nanáší práškovou metalurgií ve vakuu, přičemž při sintrování se práškové materiály zahřívají na vysokou teplotu, avšak pod jejich teplotu tání, při níž pak dochází ke vzájemnému spojení jejich prachových částic. Výsledkem je pak porézní struktura takovéto povrchové vrstvy.
Ze spisu US 2013/297 037 je známý i chirurgický implantát z otěruvzdomé Co-Cr-Mo slitiny, obsahující v hmotnostním množství okolo 23 až 33 % Cr, 8 až 20 % Mo, 0,05 až 1,5 % Si, 0,35
- 1 CZ 306784 B6 až 3,5 % C, 40 až 60 % Co, případně až 2,5 % Nb a další náhodné nečistoty, jehož mikrostruktura je tvořena ze 45 až 85 % objemových plošně centrovanou krychlovou strukturou a z 15 až 55 % objemových hexagonální těsně uspořádanou strukturou.
Obecně se dá říci, že se jedná o typicky používané a normami US, resp. EU, schválené slitiny jsou např. ASTM F-90, F-688, F-75, ISO 5832—4, 5, 6, 7, 8 a 12 atd. Tyto slitiny (lité nebo tvářené) jsou celosvětové využívané a vyhovují požadavkům normy ISO 10993-1. Tyto známé kobaltové slitiny ale vyhovují jen podmíněně, a to jak z pohledu biokompatibility a pevnostních charakteristik (včetně únavových vlastností), tak i otěruvzdomosti. Podobně lze mluvit i o možnostech využití z pohledu výrobních technologií.
Problémem jsou (a neplatí to pouze o slitině ISO 5832-4) především částice, uvolňující se při otěru na rozhraní komponenta x kostní cement a z prostoru artikulujících částí. Tyto částice jsou cytotoxické, genotoxické, alergizující atd.
Dosud používané slitiny mající nedostatečnou mez pevnosti a mez únavy, tak neumožňují výrobci návrh optimálních rozměrů a tvarů implantátu.
Zároveň, co se týče například pozdního selhání totální endoprotézy (TEP), je jeho nejčastější příčinou tzv. aseptické uvolnění způsobené degradací kostní tkáně v okolí komponent, které způsobí nutnost reoperace u cca 9 % implantovaných náhrad. Jedním z důvodů tohoto stavu je, že tyto známé slitiny dostatečně nezajišťují snížení produktů otěru, které jsou hlavní příčinou degradace (vznik granulomů).
Co se týče problému pronikání produktů otěru do okolních tkání a do krve je tento problém dobře znám a je častou příčinou odborných diskuzí na mnoha kongresech. Zajímavé je, že přes všechna objektivní zjištění o významném zvýšení hladiny kovových iontů v krevním séru, které jednoznačně souvisí s konkrétním implantátem (např. Co a Cr), se tyto slitiny stále používají. Argumentem i přes značnou toxicitu a potenciál působit jako silné alergeny (Ni, Co, Cr) (zkoušky podle ISO 10993-1) je především to, že se dosud jednoznačně klinicky neprokázal nepříznivý dopad kontaminace tkání a dále, že snahou výrobců (zpřesňování výroby, párování dílů až po zabíhání artikulujících komponent) se daří postupně snižovat množství uvolňovaných otěrových částic.
Co se týče pevnostních požadavků na implantáty, tyto jsou dány biomechanickými poměry, které jsou pro největší dva klouby (kyčel a koleno) upřesněny normou ISO 7206-4, resp. ISO 14879— 1. Pevnost materiálu a jeho odolnost proti únavě přitom zásadním způsobem ovlivňuje možnosti konstrukce a v mnoha případech znesnadňuje, popř. znemožňuje, navrhnout design implantátu, odpovídající konkrétním poměrům v těle pacienta, zvláště u dysplazií. Navržený implantát je buď příliš masivní a poškozuje okolní kostní struktury, popř. ho není možné naimplantovat, nebo je naopak poddimenzovaný a dochází k jeho nadměrným deformacím vedoucím k destrukci kostní tkáně nebo únavovému lomu implantátu. V každém případě jsou obě tyto situace pro pacienta fatální a vedou k časnému selhání implantátu a nutnosti revizní operace. Jedinou možností, jak podobným problémům předcházet, je využití materiálu s potřebnými pevnostními a únavovými, které slitina Co-Cr-Mo podle ISO 5832-4(12) pro konkrétní uvedené případy nemá.
Problém vzniku produktů otěru (v kombinaci s korozí) je navázán na charakteristické prvky konstrukčních řešení konkrétních náhrad. Nejdůležitější jsou dva mechanismy, a to jednak artikulace dvou komponent zajištujících současně přenos síly (zde je nutné rozlišovat artikulaci kov-kov a kov-plast, např. UHMWPE), popř. pohyb mezi dvěma nosnými prvky náhrady, a potom mikropohyby mezi kotvícím povrchem kovové komponenty a okolím (zejména kostním cementem obsahujícím velmi tvrdé částice ZrO2). Oba uvedené mechanismy jsou vždy umocněné působením korozního prostředí.
-2CZ 306784 B6
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky v této oblasti jsou do značné míry odstraněny slévárenskou Co-Cr-Mo slitinou pro orthopedické účely, určenou zejména pro přesné odlévání kovových kloubních a kostních implantátů, například totálních náhrad kyčelních nebo kolenních kloubů, resp. jejich komponent, obsahující v hmotnostním množství min. 50 % Co, 20 až 35 % Cr, 3 až 10 % Mo, jakož i 0,01 až 0,5 % C, podle předkládaného vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že dále obsahuje v hmotnostním množství celkem 1 až 10 % alespoň jednoho z prvků, vybraných ze skupiny Zr, Nb, Ta, tvořícími s kobaltem v materiálu slitiny uspořádané intermetalické fáze a z části nahrazujícími chrom v karbidickém skeletu slitiny, přičemž zároveň obsahuje i doprovodné příměsi v množství max. 2 %.
Slévárenská Co-Cr-Mo slitina dle tohoto vynálezu v tomto základním provedení tak může obsahovat v hmotnostním množství 1 až 10 % buď jen Zr, nebo Nb, nebo Ta jednotlivě, nebo 1 až 10 % nejrůznějších kombinací dvou či všech tří těchto prvků. Optimální je nicméně obsah těchto prvků v součtu pouze 1 až 5 % hmotn., neboť při zvyšování homí hranice obsahu těchto prvků nad celkem 5 % hmotn., např. až na uváděných celkem 10 % hmotn., může v některých případech v závislosti na obsazích dalších prvků, obsažených ve slitině podle vynálezu, a na podmínkách jejího odlévání a tepelného zpracování docházet k nepříznivému zvýšení teploty tání této slitiny a ke zvýšené křehkosti.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že tato slévárenská slitina může dále s výhodou obsahovat v hmotnostním množství 1 až 5 % Ti za účelem zvýšení její korozivzdornosti.
Výhodou slévárenské Co-Cr-Mo slitiny podle vynálezu je pak vyšší pevnost, otěruvzdomost, korozivzdornost a biokompatibilita z této slitiny vyrobených kostních a kloubních implantátů nebo jejich komponent.
Další zvýšení pevnosti optimalizováním technologického procesu umožňuje např. konstrukci menších náhrad pro dysplasické klouby. Takovéto zásadní zlepšení mechanických vlastností, které jsou tak docíleny u slévárenské Co-Cr-Mo slitiny dle vynálezu pak umožňuje i návrh subtilnějších implantátů.
Zlepšení uvedených užitných vlastností je způsobeno následujícími mechanismy:
Zpevnění dosud existujících slévárenských slitin na bázi Co-Cr-Mo je způsobeno převážně karbidickým skeletem, tvořeným zejména karbidy chrómu. Úprava chemického složení slévárenské Co-Cr-Mo slitiny podle vynálezu spočívá v legování dalšími karbidotvomými prvky, to zároveň i biokompatibilními prvky, které, jak je již uvedeno výše, částečně nahradí chrom v karbidech, čímž dojde k vyššímu obsahu chrómu v matrici a tím k vyšší korozní odolnosti. Tyto další prvky přitom tvoří s kobaltem uspořádané, obvykle koherentní intermetalické fáze, např. Co2Nb, Co3Ta, Co3Ti a Co2Zr, které přispívají ke zpevnění slitiny.
Prvky Ti, Zr, Ta a Nb vykazují vyšší teplotu tání než dosud běžné slévárenské slitiny Co-Cr-Mo. Tyto prvky vykazují při nízkém obsahu s kobaltem eutektickou reakci, která vede k nižší teplotě tání slitiny, než je teplota tání čistého kobaltu. Proto přísada uvedených prvků v uvedeném rozmezí umožňuje použít stávající technologii (včetně teploty tavení a lití) přesného lití této slévárenské Co-Cr-Mo slitiny pro orthopedické implantáty podle vynálezu. Zároveň je hmotnostní obsah uvedených přísad volen tak, aby nevzniklo přílišné množství zpevňující intermetalických fází, které by vedlo ke zvýšené křehkosti.
Způsob výroby této slitiny je velmi snadný. Byla použita technologie přesného lití do keramické skořepiny. Legování přidáním Ta, Nb, Zr, a/nebo Ti je možné přímo do tavícího kelímku k odpovídajícímu množství polotovaru ze slitiny Co-Cr-Mo dle ISO 5832 - 4.
-3CZ 306784 B6
Struktura a mechanické vlastnosti výsledné slévárenské slitiny také mohou být dále modifikovány tepelným zpracováním. Například rozpouštěcí žíhání, které vede například k homogenizaci struktury (karbidů, nežádoucí fáze sigma, žádoucích intermetalik) a tím k vyšší tažnosti a korozní odolnosti. Nyní bylo použito tepelné zpracování ve formě rozpouštěcího žíhání při teplotě v rozmezí 1220 až 1230 °C po dobu jedné hodiny.
Objasnění výkresů
Řešení dle vynálezu je dále přiblíženo pomocí grafického znázornění průběhu potenciodynamických křivek u slévárenských Co-Cr-Mo slitin pro orthopedické účely dle následujících konkrétních příkladů provedení vynálezu.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Slévárenská Co-Cr-Mo slitina v prvním příkladném provedení vynálezu obsahuje v hmotnostním množství 61,4 % Co, 27,48 % Cr, 5,86 % Mo, 0,19 % C, jakož i doprovodné příměsi v množství max. 2 %.
Dále pak tato slitina obsahuje v hmotnostním množství 3,1 % Ta, přičemž u ní bylo dosaženo následujících mechanických vlastností: mez kluzu při 20 °C Rpo2 = 602 MPa, mez pevnosti Rm = 904 MPa a tažnost A = 5,5 %.
Při použití výše uvedeného rozpouštěcího žíhání pak bylo dosaženo meze kluzu při 20 °C RP02 = 542 MPa, meze pevnosti Rm = 1001 MPa a tažnosti A = 20,1 %.
Příklad 2
Slévárenská Co-Cr-Mo slitina ve druhém příkladném provedení vynálezu obsahuje v hmotnostním množství 61,35 % Co, 27,45 % Cr, 5,86 % Mo, 0,19 % C, jakož i doprovodné příměsi v množství max. 2 %.
Dále pak tato slitina obsahuje v hmotnostním množství 3,19 % Nb, přičemž u této slitiny bylo dosaženo následujících mechanických vlastností: mez kluzu při 20 °C Rp02 - 600 MPa, mez pevnosti Rm = 850 MPa, tažnost A = 3 %.
Při použití výše uvedeného rozpouštěcího žíhání pak bylo dosaženo meze kluzu při 20 °C Rp02 = 550 MPa, meze pevnosti Rm = 890 MPa a tažnosti A = 11 %.
Příklad 3
Slévárenská Co-Cr-Mo slitina ve třetím příkladném provedení vynálezu obsahuje v hmotnostním množství 61,35 % Co, 27,45 % Cr, 5,86 % Mo, 0,19 % C, jakož i doprovodné příměsi v množství max. 2 %.
Dále pak tato slitina obsahuje v hmotnostním množství 3,19 % Zr, přičemž u ní bylo dosaženo následujících mechanických vlastností: mez kluzu při 20 °C Rpo2 = 598 MPa, mez pevnosti Rm = 853 MPa, tažnost A = 4 %.
-4CZ 306784 B6
Při použití výše uvedeného rozpouštěcího žíhání pak bylo dosaženo meze kluzu při 20 °C RP02 = 526 MPa, meze pevnosti Rm = 920 MPa a tažnosti A = 14 %.
Příklad 4
Slévárenská Co-Cr-Mo slitina ve čtvrtém příkladném provedení vynálezu obsahuje v hmotnostním množství 61,35 % Co, 27,45 % Cr, 5,86 % Mo, 0,19 % C, jakož i doprovodné příměsi v množství max. 2 %.
Dále pak tato slitina obsahuje v hmotnostním množství 1,6 % Zr, 1,6 % Nb a 0,2 % Ta, přičemž u ní bylo dosaženo obdobných mechanických vlastností jako v předchozích příkladech provedení.
Příklad 5
Slévárenská Co-Cr-Mo slitina v pátém příkladném provedení vynálezu obsahuje v hmotnostním množství 60,44 % Co, 27,48 % Cr, 5,86 % Mo, 0,19 % C, jakož i doprovodné příměsi v množství max. 2 %.
Dále pak tato slitina obsahuje v hmotnostním množství 3,1 % Ta a 1,0 % Ti, přičemž u ní bylo dosaženo následujících mechanických vlastností: mez kluzu při 20 °C Rp02 = 600 MPa, mez pevnosti Rm = 920 MPa a tažnost A = 7 %.
Při použití výše uvedeného rozpouštěcího žíhání pak bylo dosaženo meze kluzu při 20 °C RP02 ~ 530 MPa, meze pevnosti Rm = 970 MPa a tažnosti A = 15,3 %.
Přídavek titanu do slévárenské slitiny Co-Cr-Mo výrazně zvyšuje korozní odolnost, nesmí ho však být příliš, neboť způsobuje křehkost ve větším množství.
Z výše uvedených příkladů vyplývá, že tyto nové slévárenské slitiny mají vyšší hodnoty meze pevnosti a meze kluzu, a to cca o 100 MPa, a porovnatelnou tažnost oproti běžným slitinám CoCr-Mo, odlitých za stejných podmínek. Provedené rozpouštěcí žíhání u slitiny dle vynálezu pak výrazně zvedne tažnost, při mírném poklesu meze kluzu a nárůstu meze pevnosti.
U výše uvedených slitin, příklady 1 až 3, byly ověřovány následující vlastnosti, oproti dosavadní slitině Co-Cr-Mo, a to tvrdost, otěruvzdomost, korozivzdornost. Získané hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce a jsou patrné i z průběhu potenciodynamických křivek na přiloženém vyobrazení.
| HV30 | Otěr | |
| CoCrMo | 232 | 8,7 |
| CoCrMo+Nb litý | 398 | 4,35 |
| CoCrMo+Ta litý | 353 | 5,3 |
| CoCrMo+Ti | 528 | 8,1 |
| CoCrMo+Zr | 468 | 8,4 |
Z tabulky je patrné, že nové slitiny mají lepší parametry ve všech ohledech. Mají vyšší tvrdost, vyšší otěruvzdomost, nižší korozní proud v umělém fyziologickém roztoku.
Co se pak týče průběhu zobrazených potenciodynamických křivek, znázorňuje na přiloženém vyobrazení:
-5CZ 306784 B6 křivka a - průběh u stávajících slévárenských Co-Cr-Mo slitin, křivka b - průběh u slévárenské Co-Cr-Mo-Nb slitiny podle vynálezu, křivka c - průběh u slévárenské Co-Cr-Mo-Ta slitiny podle vynálezu, křivka d - průběh u slévárenské Co-Cr-Mo-Ti slitiny podle vynálezu, křivka e - průběh u slévárenské Co-Cr-Mo-Zr slitiny podle vynálezu.
Jak je z grafu patrno, slitiny podle vynálezu mají nižší korozní proud, a tudíž korozní rychlost, než stávající Co-Cr-Mo slitiny, zejména pak u slitiny s přídavkem titanu.
Průmyslová využitelnost
Slévárenskou slitinu dle vynálezu lze široce použít pro výrobu kostních a kloubních implantátů nebo jejich komponent, vyráběných z dosud známých Co-Cr-Mo slitin, resp. z jiných známých kovových materiálů.
Claims (2)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Slévárenská Co-Cr-Mo slitina pro orthopedické účely, určená zejména pro přesné odlévání kovových kloubních a kostních implantátů, například totálních náhrad kyčelních nebo kolenních kloubů, resp. jejich komponent, obsahující, v hmotnostním množství, min. 50 % Co, 20 až 35 % Cr, 3 až 10 % Mo,jakož i 0,01 až 0,5 % C, vyznačující se tím, že dále obsahuje, v hmotnostním množství, celkem 1 až 10 % alespoň jednoho z prvků vybraných ze skupiny Zr, Nb, Ta, tvořícími s kobaltem v materiálu slitiny uspořádané intermetalické fáze a z části nahrazujícími chrom v karbidickém skeletu slitiny, přičemž zároveň obsahuje i doprovodné příměsi v množství max. 2 %.
- 2. Slévárenská Co-Cr-Mo slitina podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t í m , že dále obsahuje, v hmotnostním množství, 1 až 5 % Ti.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-949A CZ2015949A3 (cs) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | Slévárenská Co-Cr-Mo slitina pro orthopedické účely |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-949A CZ2015949A3 (cs) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | Slévárenská Co-Cr-Mo slitina pro orthopedické účely |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ306784B6 true CZ306784B6 (cs) | 2017-07-07 |
| CZ2015949A3 CZ2015949A3 (cs) | 2017-07-07 |
Family
ID=59249276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-949A CZ2015949A3 (cs) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | Slévárenská Co-Cr-Mo slitina pro orthopedické účely |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2015949A3 (cs) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4253869A (en) * | 1980-03-31 | 1981-03-03 | Neoloy Products, Inc. | Semi-precious alloy |
| CZ279356B6 (cs) * | 1990-06-14 | 1995-04-12 | Královopolská Strojírna, S.P. | Žáruvzdorná slitina odolná proti otěru |
| WO2000047140A1 (en) * | 1999-02-10 | 2000-08-17 | Ati Properties, Inc. | Enhanced biocompatible implants and alloys |
| CZ294783B6 (cs) * | 1997-09-29 | 2005-03-16 | Isover Saint-Gobain | Slitina na bázi kobaltu, výrobek z této slitiny a způsob jeho výroby |
| US6896846B1 (en) * | 2001-11-02 | 2005-05-24 | University Of Notre Dame | Synthesis of orthopaedic implant materials |
| EP1696044A1 (de) * | 2005-02-16 | 2006-08-30 | BEGO Bremer Goldschlägerei Wilh. Herbst GmbH & Co. KG | Aufbrennfähige Legierung zur Herstellung keramisch verblendeter Dentalrestaurationen |
| JP2008001942A (ja) * | 2006-06-22 | 2008-01-10 | Iwate Univ | 多孔質Ｃｏ基合金焼結被覆材およびその製造方法 |
| US20130297037A1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-07 | Deloro Stellite Holdings Corporation | Surgical orthopedic implants made from wear-resistant cobalt-chromium-molybdenum alloys |
-
2015
- 2015-12-29 CZ CZ2015-949A patent/CZ2015949A3/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4253869A (en) * | 1980-03-31 | 1981-03-03 | Neoloy Products, Inc. | Semi-precious alloy |
| CZ279356B6 (cs) * | 1990-06-14 | 1995-04-12 | Královopolská Strojírna, S.P. | Žáruvzdorná slitina odolná proti otěru |
| CZ294783B6 (cs) * | 1997-09-29 | 2005-03-16 | Isover Saint-Gobain | Slitina na bázi kobaltu, výrobek z této slitiny a způsob jeho výroby |
| WO2000047140A1 (en) * | 1999-02-10 | 2000-08-17 | Ati Properties, Inc. | Enhanced biocompatible implants and alloys |
| US6896846B1 (en) * | 2001-11-02 | 2005-05-24 | University Of Notre Dame | Synthesis of orthopaedic implant materials |
| EP1696044A1 (de) * | 2005-02-16 | 2006-08-30 | BEGO Bremer Goldschlägerei Wilh. Herbst GmbH & Co. KG | Aufbrennfähige Legierung zur Herstellung keramisch verblendeter Dentalrestaurationen |
| JP2008001942A (ja) * | 2006-06-22 | 2008-01-10 | Iwate Univ | 多孔質Ｃｏ基合金焼結被覆材およびその製造方法 |
| US20130297037A1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-07 | Deloro Stellite Holdings Corporation | Surgical orthopedic implants made from wear-resistant cobalt-chromium-molybdenum alloys |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| (Biokompatibilní materiály na bázi kovu a jejich aplikacní vyuzití; Ondrej Klusák; VUT Brno, https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=30257) 2010 * |
| (Compositions of Co-Cr-Mo Alloys Examined by Glow-Discharge Mass Spectrometry; Vladimir D. Kurochkin; Powder Metallurgy and Metal Ceramics (Translation of Poroshkovaya Metallurgiya (Kiev)) (20040831), 43(7-8), ISSN: 1068-1302) 16.11.2004 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2015949A3 (cs) | 2017-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Moghadasi et al. | A review on biomedical implant materials and the effect of friction stir based techniques on their mechanical and tribological properties | |
| Krishna et al. | Functionally graded Co–Cr–Mo coating on Ti–6Al–4V alloy structures | |
| Kunčická et al. | Advances in metals and alloys for joint replacement | |
| España et al. | Design and fabrication of CoCrMo alloy based novel structures for load bearing implants using laser engineered net shaping | |
| Dewidar et al. | Mechanical properties of metals for biomedical applications using powder metallurgy process: a review | |
| Vanmeensel et al. | Additively manufactured metals for medical applications | |
| Bolzoni et al. | Development of Cu-bearing powder metallurgy Ti alloys for biomedical applications | |
| JP4845109B2 (ja) | ニッケルフリー高窒素ステンレス鋼、並びにこれを用いた生体用又は医療用のインプラント等、装身具等及び厨房用器具等 | |
| KR20080085740A (ko) | 치과 보철물의 제조방법 | |
| AU2006218031B2 (en) | Method for producing a medical implant made of a beta-titanium molybdenum alloy, and a corresponding implant | |
| Park et al. | Metallic implant materials | |
| Szala et al. | Microstructural characterisation of Co-Cr-Mo casting dental alloys | |
| Thoemmes et al. | Microstructure and mechanical properties of binary Ti-Nb alloys for application in medicine | |
| Kong et al. | Microstructural evolution, mechanical properties, and preosteoblast cell response of a post-processing-treated TNT5Zr β Ti alloy manufactured via selective laser melting | |
| Paul et al. | Processing and properties of powder metallurgy Ti-Cu-Nb alloys | |
| Yamanaka et al. | Impact of minor alloying with C and Si on the precipitation behavior and mechanical properties of N-doped Co–Cr alloy dental castings | |
| CZ306784B6 (cs) | Slévárenská Co-Cr-Mo slitina pro orthopedické účely | |
| Baltatu et al. | Advanced metallic biomaterials | |
| KR100653160B1 (ko) | 생체 적합성이 우수한 저탄성계수 티타늄기 합금소재 및 그제조방법 | |
| CZ29276U1 (cs) | Co-Cr-Mo slitina pro ortopedické účely | |
| Niinomi | Casting | |
| KR102265093B1 (ko) | Mri 친화적 의료용 고 엔트로피 합금 및 이를 포함하는 임플란트 | |
| Basha et al. | The Effect of Si Addition on the Microstructure, Mechanical Properties, and Wear Rate of the Co–Cr–Mo-Based Biomedical Alloys | |
| JP2000144287A (ja) | 耐摩耗性に優れた生体用チタン合金 | |
| KR101541455B1 (ko) | Ｃｏ－Ｃ 모합금의 유도용해 방법을 이용한 Ｃｏ－Ｃｒ－Ｍｏ 의료용 합금의 제조방법 및 이로 제조된 Ｃｏ－Ｃｒ－Ｍｏ 의료용 합금 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20231229 |