医用钛合金耐磨性专利申请研究

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1、医用钛合金耐磨性专利申请研究【摘要】本文以涉及医用钛合金耐磨性的专利申请为分析样本，从专利申请发展趋势、申请公开局分布、申请人所属国家分布多角度分析了医用钛合金耐磨性的发展状况。研究表明：在耐磨性表面改性方面，美国人在医用钛合金耐磨性相关的专利申请量最多，占了整个相关申请量的58%o排名前三的申请人依次为美国、中国、德国，美国在医用钛合金耐磨性领域具有极强的研发能力。医用钛合金耐磨性改进主要采用的表面涂层有氧化层、陶瓷层、碳化层、氮化层、复合层。【关键词】医用钛合金；耐磨性；专利分析生物医用钛合金是医用材

2、料科学的一个重要分支，主要用于治疗或替代人体组织、器官或增进其功能，是具有高技术含量和高经济价值的新型载体材料，是在材料科学中不断发展壮大的新领域。在生物医用金属材料中，钛及钛合金具有举足轻重的地位，因为它优良的综合性能，已成为人工关节（髓、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等）、骨创伤产品（髓内钉、夹板、螺钉等）、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用产品的首选材料。钛及钛合金具有良好的力学性能、优异的抗腐蚀性和生物相容性，已成为生物医用硬组织替代及修复的首选材料，作

3、为硬组织替代材料，合金的耐磨性是一项重要的指标，耐磨性较差的合金在长期使用过程中会导致恶性细胞反应、组织发炎、破坏性酶的释放、骨质溶解、感染、植入物的松动和疼痛等问题。与不锈钢、牒基合金等许多其他金属材料相比，钛合金的摩擦系数大，耐磨性能差，这使得其植入组织因磨损而产生大量的Ti、Al和V黑色碎屑，这些磨屑可以引起无菌松动，最终导致关节置换失败。因此有必要提高钛及钛合金的耐磨性能。本文所涉及的数据采集自中国专利数据库（CNPAT）和EPODOC中截止到2012年5月10日已被收录的公开专利申请数据，采用关

4、键词和分类号结合的方法进行检索，之后对所得到的专利申请数据逐篇进行筛选、并对上述专利申请进行必要的技术标引，最终确定涉及医用钛合金耐磨性的专利作为分析基础。一、医用钛合金耐磨性相关的专利申请概况（一）专利申请发展趋势从图1中可以看出，经过1990年之前的专利荒之后，从1991〜2011年基本呈递增态势，中间出现了三次''峰”，分别出现在1993年、2002年、2009年，究其原因主要在于,新技术的发展要经过很多技术瓶颈，不同时间段出现了技术发展瓶颈，在解决相应的瓶颈之后申请量激增，从而出现了发展过程中的"

5、谷”和“峰”。但总体来说，耐磨性的研究热度不断升温，申请量不断增加。（二）申请公开局分布图2给出了医用钛合金耐磨性相关专利申请公开局分布图，其中，排名前六的依次为美国、欧洲专利局、中国、国际申请、日本、德国，且美国专利局公开的医用钛合金耐磨性的专利申请最多，占了整个相关申请量的30%,与其它国家公开的申请量差距较大。（三）申请人所属国家分布从图3中可以看出，美国人在医用钛合金耐磨性相关的专利申请量最多，占了整个相关申请量的58%,可见美国人在相关领域的研究做的最多。其中，排名前三的申请人依次为美国、中国、

6、德国。且中国、德国之间的差距不是很大，可见美国在该领域具有极强的研发能力。中国申请人提出的专利申请占专利申请总量的15%,位列第二，与排名第一的美国相差较大，中国应加强在该领域的研究。二、医用钛合金耐磨性表面改性技术分析医用钛合金耐磨性的改进基本都是通过各种制备方法在钛合金基底上形成涂层，达到提高医用钛合金耐磨性的目的，主要有以下几种。（一）氧化层W003049781A1通过化学和/或电化学侵蚀表面将表面织构改性的步骤和就地氧化步骤实现的，氧化层赋予的抗蚀性和抗磨性以及表面织构所赋予的促进植入物到骨上的接

7、合的能力，该表面对于制造假体装置特别是医学植入物非常有用，扩散硬化氧化层可以是深蓝色或黑色的氧化错涂层，扩散硬化氧化层的厚度可以高达约20微米。CN102162080A中的钛植入器械表面改性层是位于钛植入器械表面的氧化钛层，所述氧化钛层厚度为0.1〜10um,显微硬度为HvlOOO〜Hvl600o医用钛植入器械表面改性层具有较高的耐磨性、良好的生物相容性，与钛植入器械表面结合牢固，可明显提高钛植入器械的抗凝血性能。EP2392357A1骨修复材料包括钛或其合金，表面层含有钛氧化物。表面层的Zeta电位4.

8、5毫伏以上，用pH值6〜8水溶液测量电位，基材表面不均匀的平均宽度和深度各为1纳米至10微米，该材料可用于骨修复的股骨骨，髓关节骨，脊椎骨和骨骼牙齿。(二)陶瓷层CN101063221A在医用镰钛合金表面直接进行微弧氧化生成陶瓷层，陶瓷层与合金的结合强度大于30MPa,不易剥离、脱落；微弧氧化陶瓷层厚度均匀为1〜2011IH,具有耐腐蚀性和耐磨性；医用镰钛合金微弧氧化处理：(1)表面预处理；(2)放入工作液以NiTi合金为正极