生物醫用鈦合金材料研發、生產與應用
發布時間：2021-01-16
油井管在石油工業中占有重要的位置，石油天然氣勘探開發消耗大量油井管。據國際權威統計，每鉆進一米，約需油井管62kg，2012年我國消耗油井管350萬噸（三桶油和延長石油公司），耗資幾百億元人民幣。
油井管在石油工業中的地位，最主要的是其質量、性能對石油工業的發展關系重大。油井管服役工況條件惡劣。通常要承受幾百甚至上千個大氣壓的內壓或外壓（塔里木油田最高壓力可達120MPa），幾百噸的拉伸載荷，還有高溫及嚴酷的腐蝕介質的作用。
油井管損壞有時會導致油氣井報廢。我國西部油田一口油氣井的成本約幾千萬元甚至上幾億元人民幣。油井管的安全可靠性、使用壽命和經濟性對石油工業關系極其重大。據國際鉆井承包商協會（IADC）統計，每起鉆柱斷裂事故平均直接損失為10.6萬美元。
鈦合金油井管材料優點和應用現況
鈦合金油井管具有優異的耐應力、耐腐蝕、耐高溫高壓、抗斷裂性、高熔點、無磁性、高抗震性和良好的機械性能：
一、前言
生物醫用材料主要用于診斷、治療、修復或替換人體組織、器官或增進其功能的一類高新技術材料，與人類的健康息息相關。其中醫用金屬材料鈦合金，量大面廣，附加值高。
從骨、齒科硬組織修復替代方面來說，全球骨科修復替代產品市場2000億美元/年，國內需求量＞300萬套/年，而鈦合金的低模量、高強度特性和人體組織有非常好的匹配，恰恰適合用于骨科的替代性產品。是一個很大的市場。
目前中國醫用鈦材市場的90%以上是傳統鈦合金外科植入材料。由于鋁、釩等材料含量較高，存在以下問題：
1.施體安全性無法保證。鋁、釩等材料在人體長期使用有毒副作用，與受體之間化學不穩定。
2.生物力學相容性有待提高。模量欠匹配；強韌性不夠；穩定性欠佳；耐用性一般。
3.組織不均勻及使用耐久性有待提高。耐蝕性、疲勞性能有待提高。
因此，對現有材料進行優化和升級至關重要，包括細晶化（微納化）、多孔化、表面改性、3D打印技術等都需要提高，總體來說，醫用鈦合金材料的發展，要么研發新材料，要么立足現有材料進行優化升級。
二、生物醫用鈦合金材料研發與生產現狀
從上世紀40年代末期開始，醫用鈦及鈦合金經歷α型、α+β型、β型三個時代發展，已成為應用于臨床最好的金屬植入材料。
新型醫用鈦合金材料的研發方面，在保證不含有毒、過敏元素的基礎上進行成分設計，已陸續開發出多種新型醫用β鈦合金。
β鈦合金剔除了傳統的鋁、釩元素，可以滿足高強度的要求，可用于不同醫用用途，做牙齒、關節、血管支架，多種新型醫用β鈦合金已陸續研發出來，其中美國、中國等在β鈦合金研制方面已走在國際前列。目前，在外科植入物用鈦合金材料標準建立方面，國際ISO醫用鈦合金材料標準已達7種，中國僅有3種（等效采用），雖然產品很多，但在醫用鈦合金材料標準化進程方面，仍滯后于國際標準。
這就給我們提出了兩個困擾產業發展而急需解決的問題：
1、各種國內開發的新材料，何時才能標準化，允許廣泛投入臨床使用？
2、材料應當具有何種性能，才能滿足臨床需要？
三、生物醫用鈦合金在高端器械中的應用
目前，我國人均年消耗醫療器械產品費用遠低于日本、美國、瑞士等發達國家，隨著社會、經濟的迅速發展，人們生活水平的提高，對生物醫用材料及其制品的需求仍將持續上升！以牙種植體為例，我國牙種植體消耗量正以每年30%-40%的速度增長，而我國還有1億人以上需要種植牙治療，預計未來5-10年，牙科種植行業仍處于快速發展期。此外，在我國，冠心病患者已超過1000萬(全世界每年死于心血管疾病患者1500萬），心血管介入材料的年市場需求量達到3百億元，目前介入治療例數平均年增長25%!下一步，植入性癌癥檢測儀、植入性血糖檢測儀、植入性胰島素泵、植入性心臟起搏器、人工耳蝸等都可能成為應用和研發熱點。
面對這么一個龐大的市場，我國的現狀卻是高端生物材料國產化率低，嚴重依賴進口，進口產品價格昂貴，導致“看病貴”，中國患者人數眾多而就診率低等問題。而我們廣大的鈦加工企業，因為技術水平低，只能在低端市場苦苦廝殺。
所以國內廣大鈦醫療企業企業要切忌浮躁，踏踏實實練好內功，進一步提升醫療器械的數字化、智能化、高精準化和網絡化水平，早日進入藍海市場。
四、結語
從市場方面講，隨著我國人口持續增長、人口老齡化、健康生活質量需求提高以及醫療保健衛生事業不斷發展，醫用器材的產品也需要逐步更新換代，向多功能、智能化方向發展，大力發展醫用鈦合金材料產業任重道遠，前途光明！
國家戰略方面，中國制造2025要實現制造業升級，重點發展新材料、生物醫藥及高性能醫療器械等十大領域（七大戰略新興產業），要求提高工藝水平和產品質量，由低成本競爭優勢向質量效益優勢轉變。這是鈦合金材料產業的福音，而醫療器械發展也有望迎來黃金時期！因此，開發高品質的醫用鈦合金材料就顯得迫在眉睫。為此，醫用鈦合金材料產業首先要解決好鈦材殘廢料嚴禁加入鑄錠熔煉、冶金質量嚴格把關、顯微組織均勻和細晶化控制、綜合力學性能匹配優良、嚴把醫用鈦加工材無損檢測關等五個問題，樹立精品理念，在時代發展和市場競爭中爭得一席之地。“鈦生活新時代”是這次中國鈦谷論壇的主題，鈦材料在醫療器械中的廣泛應用，很好的詮釋了這個主題，希望能有更多的企業家和科研工作者投入這個前景廣闊的領域，為造福人類而努力！
作者：西北有色金屬研究院生物材料研究所所長 于振濤
稿件來源：鈦博會組委會宣傳處供稿
“寶雞盛輝鈦業有限公司，主營各種規格鈦棒、鈦加工件、鈦異形件；我們鈦棒的材料選用優良材質，符合標準，不偷工減料；我們鈦棒的規格多樣滿足您的需求；我們鈦棒的表面光滑、結構穩定、無凹凸、耐酸、耐堿、耐腐蝕、無裂紋。我們的目標是以優異的產品、可靠的質量、優越的終身效能費用比和有效的服務，滿足顧客日益增長的需要，質量是我們的自尊心。我們的生產理念：質量至上、用戶滿意、精益求精、務實創新。”
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