Ti-6Al-4V ELI合金(ASTM F136)
Ti-6Al-4V ELI 合金 (ASTM F136) は優れた機械的特性を備えていますが、放出されたバナジウムとアルミニウムにより有毒な影響を与える可能性があります。このため、バナジウム-およびアルミニウムを含まないTi基合金が生物医学用途に提案されています。
医療機器の材料の選択は、機械的特性、化学組成、生体適合性に基づいて行われます。技術標準 ASTM F-136/ISO 5832-3 は、外科用インプラントの製造に使用される Ti グレード 23 (Ti6Al4V ELI 合金、超低格子間合金) の機械的特性と化学組成要件をカバーしています。
Ti6Al4V ELI 合金は優れた機械的特性を持っていますが、放出されたバナジウムとアルミニウムにより有毒な影響を示す可能性があります。このため、バナジウム-とアルミニウム-を含まないTi-ベースの合金が生物医学用途に提案されています。
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化学組成
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ASTM F136 |
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| 構成 |
ASTM F136 |
| 窒素 | 最大0.05 |
| 炭素 | 最大0.08 |
| 水素 | 最大0.012* |
| 鉄 | 最大0.25 |
| 酸素 | 最大0.13 |
| アルミニウム | 5.50 - 6.50 |
| バナジウム | 3.50 - 4.50 |
| チタン | バランス |
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*0.813 mm [0.032 インチ] 以下の材料には、最大 0.0150% の水素含有量が含まれる可能性があります。 |
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物理的特性
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メトリック |
英語 |
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| 密度 | 4.43 g/cm3 | 0.160ポンド/インチ3 |
| 弾性率 | 105GPa | 15.2Mpsi |
| 電気抵抗率 | 1750μΩ*mm | 68.9μΩ*インチ |
| 熱伝導率 | 0.865 W/(m・度) |
6.0 BTU*in/(hr*ft²*F) |
| 熱膨張係数 | 8.64μm/(m*度) | 4.8 μインチ/(インチ*程度F) |
*22で計算された値度[華氏72度].
機械的性質
| サイズ |
極限引張強さ（誤差） |
降伏強さ* (最小) | 4D 伸び** (分) % |
| < 4.75 mm [< 0.187 in] |
860 MPa [125 ksi] | 795 MPa [115 ksi] | 10 |
| 4.75 mm - 6.35 mm [0.187 インチ - 0.0250 インチ] |
860 MPa [125 ksi] | 795 MPa [115 ksi] | 10 |
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* 2% オフセット |
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Ti 6Al-4V ELI は、6% アルミニウム、4% バナジウム、極低格子間原子 (ELI) を含むアルファ-ベータ合金です。延性と破壊靱性を向上させるために、鉄や酸素などの格子間元素は溶解プロセス中に厳密に制御されます。
現在、歯科インプラントメーカーは、骨細胞とデバイス間の接触を最適化するために、表面処理を施した市販の純チタン（Ti G2 および Ti G4）および Ti-6Al-4V 合金（Ti G5）を使用しています。骨細胞と歯科インプラント表面との間のこの相互作用は、オッセオインテグレーションと呼ばれます。
ただし、Ti G2 および Ti G4 は、整形外科用補綴物や狭い歯科インプラントなど、高い応力がかかる医療用途には使用されていません。
整形外科用途には、機械的耐性が高いため、Cr-Co、ステンレス鋼、Ti G5 (Ti-6Al-4V 合金) が推奨されます。これらの合金は、損傷した硬組織を補綴物に置き換えるときに必要となる、骨組織への荷重伝達を長期間にわたって確実に行います。
応用
グレード 23 Ti 6Al 4V ELI 合金は、次の分野で使用されます。
- 外科用インプラント
- 航空機部品
- 構造コンポーネント
- さまざまな海水用途で
- -320 度までの高圧極低温容器内-
- 優れた破壊靱性と疲労強度が要求される用途に。
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