Ti-6Al-7Nb

Ti-6Al-7Nb（UNS指定R56700 ）は、 1977年に初めて合成された、6%のアルミニウムと7%のニオブを含むアルファベータチタン合金です。高強度を特徴とし、細胞毒性のあるバナジウム含有合金Ti-6Al-4Vと同様の特性を有しています。Ti-6Al-7Nbは人工股関節の材料として使用されています。^{[ 1 ]}

Ti-6Al-7Nbは、六方晶α相（アルミニウムで安定化）と規則体心相β相（ニオブで安定化）からなるチタン合金の一つです。この合金は、 Ti-6Al-4V合金に比べて優れた機械的特性を有し、耐食性と生体耐性に優れています。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

物理的特性

合金の物理的特性は、主に製造プロセスから得られるパラメータから得られる相の存在形態と体積分率に依存する。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

財産	最小値	最大値	ユニット
密度	4.51	4.53	グラム/cm ^3
硬度	2700	2900	Mpa
融点	1800	1860	K
比熱	540	560	J/kg*K
弾性限界	895	905	MPa
エネルギー含有量	750	1250	MJ/kg
融解潜熱	360	370	kJ/kg

上表に示すように、合金化は機械的性質を向上させる有効な方法の一つであり、ニオブは周期表でバナジウムと同じグループに属しているため、αβ安定化元素としても機能します（Ti-6Al-4V合金と同様）。ただし、Nb合金の強度はTi-6Al-4Vよりもわずかに劣ります。Ti-6Al-4VとTi-6Al-7Nbの主な違いは、固溶強化、微細化された二相構造による組織微細化強化、および2つの合金間の微細構造の違いなどのさまざまな要因に関連しています。^{[ 8 ]}

生産

Ti-6Al-7Nbは粉末冶金法によって製造されます。最も一般的な方法は、ホットプレス、金属射出成形、ブレンディング＆プレスです。Ti-6Al-7Nbの製造では、通常900～1400℃の焼結温度^が用いられます。焼結温度を変えることで、Ti-6Al-7Nbは異なる多孔度や微細構造といった異なる特性を得ることができます。また、α相、β相、α+β相といった異なる組成の相も得られます。近年では、Ti-6Al-7Nb合金はSLM法やEBM法といった様々な3Dプリンター技術によっても製造できるようになりました。^{[ 9 ] [ 10 ]}

熱処理

チタンの熱処理は、残留応力の低減、機械的特性（溶体化処理および時効処理による引張強度または疲労強度など）の向上に重要な影響を与えることが実証されています。さらに、熱処理は、 α相とβ相の微細組織と冷却速度の違いにより、延性、被削性、および構造安定性の理想的な組み合わせを実現します。^{[ 11 ]}

冷却速度は形態に影響を与える。冷却速度を例えば空冷から徐冷に低下させると、変態したα相の形態は厚さと長さが増加し、より少数のより大きなαコロニー内に閉じ込められるようになる。^{[ 12 ]} αコロニーのサイズは、β処理されたα+β合金の疲労特性と変形力学に影響を与えるため、最も重要な微細構造特性である。^{[ 13 ]}

アプリケーション

• 機能不全に陥った硬組織の置換、人工股関節、人工膝関節、骨プレート、骨折固定用ネジ、人工心臓弁、ペースメーカー、人工心臓などのインプラント機器^{[ 14 ]}
• 歯科への応用^{[ 15 ]}

生体適合性

Ti-6Al-7Nbは高い生体適合性を有します。Ti-6Al-7Nbの酸化物は体内で飽和状態となり、体内に輸送されず、生体負荷物質にもなりません。この合金は有害な組織耐性反応を引き起こさず、巨細胞核の形成も少なくなります。Ti-6Al-7Nbは人体への移植性にも高い適合性を示します。^{[ 16 ]}

仕様

Ti-6Al-7Nbの他の命名規則には以下のものがある: ^{[ 17 ]}

• UNS : R56700
• ASTM規格：F1295
• ISO規格: ISO 5832-11

参考文献

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さらに読む

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