生体安全性に優れた新しいCo基形状記憶合金の開発とその医療用材料への応用

具有优异生物安全性的新型钴基形状记忆合金的研制及其在医用材料中的应用

基本信息

批准号：
05J04550
负责人：
大森俊洋
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

現在用いられている生体用金属材料はステンレス鋼、Ti及びTi合金、Co-Cr合金の3種に分類できる。この中で、Ti-Ni合金はその形状記憶特性を利用して生体材料として利用されているが、Niのアレルギー性が問題となっている。そのため、より生体安全性の高い形状記憶合金の開発が要求されている。一方、Co-Cr合金は耐食性・耐摩耗性に優れていることから長年、生体材料として使用されている実績があり、安全性は高い。そこで、本研究は、能動カテーテルやステントなどの医療用材料への応用を見据えた生体安全性の高い新しいCo-Cr-Al基形状記憶合金を開発することを目的とする。本年度の研究業績は以下の通りである。生体材料においては、ガイドワイヤなどの高いヤング率を要求されるものから生体骨との親和性を高めるために低いヤング率を要求されるものまで様々であり、ヤング率が重要な物性値のひとつである。そこで、Co基合金の組成と加工状態とヤング率の関係について、曲げ試験、引張り試験、ヤング率測定装置などを用いて調査を行った。本Co基合金は積層欠陥エネルギーが低く、hcpマルテンサイトを利用することで低いヤング率を得ることが可能であることがわかった。これは冷間圧延などの冷間加工により制御することも可能で、同時に、大きな弾性変形能を示すことも明らかになった。また、Cr、Si、Ir等のhcp安定化元素とマルテンサイト変態や形状記憶特性との関係について調査を行った。その結果、これらのhcp安定化元素は、予想されたとおりマルテンサイト変態温度を上昇させ、400℃での安定的な形状回復を得ることができた。この結果は、本Co基合金の高温形状記憶合金としての可能性を示しただけでなく、生体材料としての適切なマルテンサイト変態温度の設計をするための合金設計に役立つと考えられる。

目前使用的生物金属材料可分为不锈钢、钛及钛合金、钴铬合金三类。其中，钛镍合金因其形状记忆特性而被用作生物材料，但镍的过敏性已成为一个问题。因此，需要开发具有更高生物安全性的形状记忆合金。另一方面，钴铬合金具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，多年来一直被用作生物材料，安全性很高。因此，本研究的目的是开发一种具有高生物安全性的新型Co-Cr-Al基形状记忆合金，应用于主动导管和支架等医用材料。今年的研究成果如下。生物材料的范围从需要高杨氏模量的材料（例如导丝）到需要低杨氏模量以改善与活骨的相容性的材料，而杨氏模量是重要的物理性能之一。因此，我们利用弯曲试验、拉伸试验和杨氏模量测量设备研究了钴基合金的成分、加工条件和杨氏模量之间的关系。发现该Co基合金具有低堆垛层错能并且通过使用hcp马氏体可以获得低杨氏模量。还得知，这可以通过冷轧等冷加工来控制，同时表现出较大的弹性变形能力。我们还研究了 Cr、Si 和 Ir 等 HCP 稳定元素与马氏体转变和形状记忆性能之间的关系。结果，这些 hcp 稳定元素如预期提高了马氏体转变温度，并在 400°C 下实现了稳定的形状恢复。这些结果不仅证明了这种钴基合金作为高温形状记忆合金的潜力，而且还被认为可用于合金设计，为生物材料设计合适的马氏体转变温度。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effect of Alloying Elements on fcc/hcp Martensitic Transformation and Shape Memory Properties in Co-Al Alloys

DOI：
10.2320/matertrans.47.2381
发表时间：
2006-09
期刊：
Materials Transactions
影响因子：
1.2
作者：
K. Ando;T. Omori;J. Sato;Y. Sutou;K. Oikawa;R. Kainuma;K. Ishida
通讯作者：
K. Ando;T. Omori;J. Sato;Y. Sutou;K. Oikawa;R. Kainuma;K. Ishida

FCC/HCP Martensitic Transformation and High-Temperature Shape Memory Properties in Co-Si Alloys

DOI：
10.2320/matertrans.47.2377
发表时间：
2006-09
期刊：
Materials Transactions
影响因子：
1.2
作者：
T. Omori;W. Ito;K. Ando;K. Oikawa;R. Kainuma;K. Ishida
通讯作者：
T. Omori;W. Ito;K. Ando;K. Oikawa;R. Kainuma;K. Ishida

Martensitic Transformation of Cu-10at.%Al-9at.%Ga-11at.%Mn Ferromagnetic β Alloy

Cu-10at.%Al-9at.%Ga-11at.%Mn铁磁β合金的马氏体相变

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Scripta Materialia 52
影响因子：
0
作者：
Nose;Masahiko;Iggesen;Oliver;野瀬昌彦;Ezequiel Di Paolo;Hiroyuki Iizuka;Takashi Ikegami;飯塚博幸;飯塚博幸;飯塚博幸;Ezequeil Di Paolo;池上高志;Hiroyuki Iizuka;Ryouta Nishioka;Yoshifumi Yamagata;Hiroyuki Iizuka;飯塚博幸;Hiroyuki Iizuka;T.Omori et al.;K.Ando et al.;T.Omori et al.;Y.Tanaka et al.;K.Oikawa et al.;T.Omori et al.;N.Koeda et al.
通讯作者：
N.Koeda et al.