Titanio, aleación de titanio y espumas de NiTi con alta ductilidad.

Un procedimiento de fabricación de Ti, aleación de Ti o espuma de NiTi de alta ductibilidad,

que significaque la espuma metálica se puede deformar más del 10% en comprensión sin fractura, que comprende las etapasde:

• Preparación de una suspensión en polvo de polvo de Ti, NiTi o aleación de Ti,

• Llevar dicha suspensión en polvo a una forma deseada por colada en gel para obtener un artefacto verde,

• Una etapa de calcinación en la que dicho artefacto verde se calcina, y

• una etapa de sinterización en la que dicho artefacto se sinteriza,

caracterizado porque dicha etapa de calcinación comprende una etapa de calentamiento lento en la que dichoartefacto verde se calienta a una velocidad inferior o igual a 20°C / hora a una temperatura entre 400°C y 600°C yporque el polvo de Ti, NiTi o aleación de Ti tiene un tamaño de partícula inferior a 100 μm.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BE2006/000066.

Solicitante: VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK (VITO).

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: BOERETANG 200 2400 MOL BELGICA.

Inventor/es: LUYTEN, JAN, COOYMANS, JOZEF, THIJS,IVO, MULLENS,STEVEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B22F3/10 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B22 FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS.B22F TRABAJO DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE OBJETOS A PARTIR DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE POLVOS METALICOS (fabricación de aleaciones mediante metalurgia de polvos C22C ); APARATOS O DISPOSITIVOS ESPECIALMENTE ADAPTADOS PARA POLVOS METALICOS. › B22F 3/00 Fabricación de piezas a partir de polvos metálicos, caracterizada por el modo de compactado o sinterizado; Aparatos especialmente concebidos para esta fabricación. › Sinterizado solamente.
  • B22F3/11 B22F 3/00 […] › Fabricación de piezas u objetos porosos.

PDF original: ES-2432562_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Titanio, aleación de titanio y espumas de NiTi con alta ductilidad

Campo de la invención La presente invención se refiere a titanio, aleación de titanio y espumas de NiTi con alta ductilidad, en particular para su uso en las estructuras biomédicas o de material compuesto. La invención se refiere también al uso de tales espumas como sustitución ósea o ayuda para la cicatrización.

Estado de la técnica

El titanio, aleaciones de titanio y NiTi se usan comúnmente por su alta relación resistencia / peso, su alta resistencia a la corrosión y módulo de elasticidad relativamente bajo, y su biocompatibilidad. Las propiedades mecánicas de las espumas Ti son muy similares a las propiedades del hueso y, por tanto, parece el material selecto para la sustitución ósea o ayuda a la cicatrización. Sin embargo, esta aplicación requiere espumas con alta ductilidad. La ductilidad se define más comúnmente como la capacidad de un material para deformarse fácilmente tras la aplicación de una fuerza de tracción, o como la capacidad de un material para resistir la deformación plástica sin quiebra, rotura o fractura. La ductilidad también se puede pensar en términos capacidad de doblar y trituración. Los materiales dúctiles muestran una gran deformación antes de la fractura. La falta de ductilidad se denomina a menudo fragilidad.

El titanio es muy reactivo con una gran cantidad de compuestos si se calienta por encima de 300°C. Debido a la incorporación intersticial de elementos como N, O, C o H en el Ti, se obtiene una espuma frágil, que carece de resistencia y ductilidad (o propiedades de fatiga insuficientes) para servir como sustituto óseo de alta calidad.

Algunos procedimientos de fabricación de estas espumas metálicas requieren grandes cantidades relativas de materiales orgánicos (que se utilizan como aditivos en la preparación de suspensiones o que sirven como moldes para la estructura porosa como por ejemplo, en la técnica de réplica de poliuretano) . Como tal, la contaminación residual de elementos como N, O, C o H será mucho mayor, lo que resulta en una fragilización de la espuma metálica. Los valores de ductilidad típicos para espumas Ti fabricadas por la técnica de réplica de poliuretano son de aproximadamente el 3 % de deformación.

Por otro lado, la baja contaminación con N, O, C y por lo tanto la alta ductilidad puede verse como una consecuencia del uso del procedimiento de colada en gel como el procedimiento de conformación. El documento EP 1329439 divulga un procedimiento para producir espumas metálicas, en el que se proporciona una suspensión metálica adecuada, que comprende un formador de biogel. La suspensión se moldea para dar una forma predefinida como una estructura de espuma, que posteriormente se seca, calcina y sinteriza.

Se sabe por el documento US 2005/048193 producir un artículo de metal poroso proporcionando una espuma polimérica, impregnando la espuma con una suspensión de partículas de metal, secando la espuma impregnada, seguido de pirólisis en presencia de partículas de hidruro metálico.

Se sabe por el documento US 5846664 producir un componente de metal poroso mediante la preparación de una suspensión coloidal que comprende un polvo metálico que tiene un tamaño de partícula inferior a 300 μm, en mezcla con un aglutinante, un plastificante y un disolvente. La suspensión coloidal se moldea para dar una hoja delgada y se seca para formar una cinta que tiene una alta resistencia verde. Se coloca una serie de cintas en capas y se compactan para producir la laminación. El cuerpo verde resultante se piroliza después para quemar los compuestos orgánicos a una velocidad predeterminada incrementada por etapas a temperaturas entre 300°C y 600°C, durante un tiempo que varía entre 8 y 24 horas. Después se sinteriza adicionalmente a temperaturas entre 700°C y 1400°C para formar el componente de metal.

El documento US 2005/0260093 desvela un procedimiento de fabricación de un objeto poroso, en el que un polvo, un aglutinante y un compuesto de formación de poros se mezclan para proporcionar una composición capaz de fluir, que se gelifica a continuación en un molde para formar un objeto de material compuesto. El objeto de material compuesto se calienta a una temperatura y durante un tiempo eficaz para la eliminación de al menos una cantidad de compuesto formador de poros para proporcionar un objeto sinterizado que tiene porosidad interna.

Objeto de la invención La presente invención tiene como objeto proporcionar un procedimiento de producción de Ti, aleación de Ti y de espumas de NiTi con alta ductilidad.

La presente invención también está dirigida a proporcionar Ti, aleación de Ti y espumas de NiTi con alta ductilidad, alta porosidad (>70% de porosidad total) . Preferiblemente, se debería lograr una deformación plástica mínima del

% sin rotura desgarro ni fractura.

Sumario de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricación de Ti, aleación de Ti o espumas de NiTi con alta ductilidad, en el que la estructura metálica se puede deformar más del 10 % en la compresión sin fractura, que comprende las etapas de:

• Preparación de una suspensión en polvo de un polvo de Ti, NiTi o aleación de Ti,

• Llevar dicha suspensión en polvo a una forma deseada por colada en gel para formar un artefacto verde,

• Una etapa de calcinación en la que dicho artefacto verde se calcina, y

• Sinterización de dicho artefacto,

caracterizado porque dicha etapa de calcinación comprende una etapa de calentamiento lento en el que dicho artefacto verde se calienta a una velocidad inferior o igual a 20°C / hora a una temperatura entre 400°C y 600°C y porque el polvo de Ti, Ni–Ti o aleación de Ti tiene un tamaño de partícula inferior a 100 μm.

Preferiblemente, dicha etapa de calcinación se realiza la bajo una atmósfera inerte o a una presión inferior a 10–3 mbar.

El procedimiento de acuerdo con la presente invención puede comprender además una etapa de presinterización que comprende el calentamiento del artefacto hasta que se alcanza una temperatura de entre 900°C y 1000°C. También puede comprender una etapa de sinterización que comprende el calentamiento lento del artefacto a una temperatura entre 1200°C y 1500°C, y mantener dicho artefacto a dicha temperatura durante un período de tiempo predeterminado.

En una realización preferida, el polvo comprende menos del 0, 03% en peso de C, menos del 0, 8% en peso de O, menos del 0, 5% en peso de N, menos del 0, 1% en peso de Fe y menos del 0, 1% en peso de Si.

La suspensión en polvo se lleva a la forma deseada usando colada en gel.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a la alta ductilidad de Ti, aleación de Ti o espumas de NiTi con alta porosidad, con una densidad teórica de menos del 30%. Alta ductilidad significa que estas espumas de Ti se pueden deformar en la compresión en más del 10%. Una cierta plasticidad es un requisito mínimo para los implantes de soporte de carga.

Breve descripción de los dibujos La Fig 1 representa un diagrama de flujo del procedimiento general de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 2 representa los efectos del chorro de arena sobre la superficie de una espuma de Ti que se fabricó de acuerdo con la presente invención. La superficie del artefacto se muestra antes (fig. 2 a) y después (fig. 2 b) de la operación con chorro de arena.

La Fig. 3 muestra una distribución de tamaño de poro típico de una estructura de espuma de Ti obtenida por colada en gel de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 4 muestra la relación entre esfuerzo y deformación para varias temperaturas de sinterización de una espuma de acuerdo con la presente invención y se compara con las de una espuma de Ti fabricada por medio de la técnica de réplica de PU.

La Fig. 5 muestra el efecto memoria de forma de una estructura de espuma de NiTi obtenida de acuerdo con la presente invención.

Descripción detallada de la invención Una descripción más detallada de la presente invención se presenta por medio de ejemplos y figuras. El procedimiento general de acuerdo con la presente invención se da en la figura 1.

La suspensión en polvo se prepara mezclando agua y polvo de Ti (o polvo de una aleación de Ti tal como Ti6Al4V,

o polvo de NiTi) , con un volumen de polvo entre el 20% y el 50% en volumen) con aditivos tales como agentes dispersantes y adyuvantes gelificantes. El experto conoce bien con estos aditivos y puede preparar fácilmente una suspensión en polvo adecuada de acuerdo con esta primera etapa del procedimiento,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de fabricación de Ti, aleación de Ti o espuma de NiTi de alta ductibilidad, que significa que la espuma metálica se puede deformar más del 10% en comprensión sin fractura, que comprende las etapas de:

• Preparación de una suspensión en polvo de polvo de Ti, NiTi o aleación de Ti,

• Llevar dicha suspensión en polvo a una forma deseada por colada en gel para obtener un artefacto verde,

• Una etapa de calcinación en la que dicho artefacto verde se calcina, y

• una etapa de sinterización en la que dicho artefacto se sinteriza,

caracterizado porque dicha etapa de calcinación comprende una etapa de calentamiento lento en la que dicho 10 artefacto verde se calienta a una velocidad inferior o igual a 20°C / hora a una temperatura entre 400°C y 600°C y porque el polvo de Ti, NiTi o aleación de Ti tiene un tamaño de partícula inferior a 100 μm.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha etapa de calcinación se realiza bajo una atmósfera inerte.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha etapa de calcinación se realiza a 15 una presión menor de 10-3 mbar.

4. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además una etapa de presinterización entre el etapa de calcinación y la etapa de sinterización, que comprende calentar el artefacto hasta que se alcanza una temperatura de entre 900°C y 1000°C.

5. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la etapa de sinterización

comprende el calentamiento lento del artefacto a una temperatura entre 1200°C y 1500°C, y mantener dicho artefacto a dicha temperatura durante un período de tiempo predeterminado.

6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el polvo comprende menos del 0, 03% en peso de C, menos del 0, 8% en peso de O, menos del 0, 5% en peso de N, menos del 0, 1% en peso de Fe y menos del 0, 1 % en peso de Si.

7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que da como resultado Ti, aleación de Ti o espumas de NiTi con porosidades entre el 60% y el 95% y con tamaños de poro entre μm 50 hasta 1000 μm.

8. Ti, aleación de Ti o espuma de NiTi de ductilidad alta con una densidad teórica meno del 30% y el tamaño de poro entre 50 μm y 1000 μm, que se pueden deformar en compresión en más del 10%.

Fig. 1

Fig. 3

Fig. 4


 

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