科创中国

新材料技术,生物医用材料

（1）突破了钛合金棒丝材直度控制和残余应力控制技术。通过大变形+小变形拉拔控制工艺，引入电张力矫直和双曲线矫直，有效提高了棒丝材直线度，改善了棒丝材的残余应力状态，获得了近乎无残余应力的高质量医疗棒材。 （2）突破了钛合金棒丝材的组织和性能均匀控制技术。通过采用椭圆-圆孔型系统和低速小变形量轧制技术，结合高温热处理工艺，极大提高了棒材纵向和径向的组织和性能均匀性。 （3）突破了钛合金棒丝材的织构控制技术。通过有效的工艺设计进行织构控制，获得优化的织构强度和织构类型，大幅提高了钛合金棒材的扭转性能。 在这些关键技术突破基础上，使得金属所研制生产出的钛合金棒丝材组织和性能优异、均匀和稳定，技术水平处于国际领先。在研制过程中，投入大量资金，逐步购置了钛合金棒丝材加工所需的关键设备，建成了钛合金棒丝材生产线，年生产能力达100吨。项目早已进入批量生产阶段。 针对高性能医用钴基合金棒丝材长期依赖进口的被动局面，突破高纯度、低夹杂的钴基合金铸锭制备技术、成分均匀可控的铸锭均匀化处理技术、组织均匀细小且性能优异的钴基合金棒丝材热加工技术等瓶颈技术，掌握钴基合金棒丝材制造技术。

一、医用钛合金棒丝材 以用量最大的TC4ELI产品为例，产品的具体力学性能见表1。从表1中可以看出，金属所生产的钛合金材料屈服强度和抗拉强度高于《GB/T 13810-2017 外科植入物用钛及钛合金加工材》标准要求100MPa左右，延伸率高于要求5%，断面收缩率高于要求20%。金属所生产的钛及钛合金材料综合性与进口国外产品性能相当，能远高于国内同类产品。 二、医用钴基合金棒丝材 以常用CoCrMo和CoCrWNi钴合金产品为例，产品的具体力学性能见表3。从3表中可以看出，金属所生产的φ20mm以下规格CoCrMo合金材料屈服强度和抗拉强度分别高于《ASTM F1537-2020外科植入物用变形态Co-28Cr-6Mo合金》标准要求200MPa和400MPa左右，延伸率高于要求18%，断面收缩率高于要求18%；金属所生产的CoCrWNi合金材料延伸率分别高于《ASTM F90-2014外科植入物用Co-20Cr-15W-10Ni合金》标准要求25%。 CoCrMo和CoCrWNi等两种钴基合金棒丝材产品已经实现批量生产交付。金属所研制生产得钴基合金组织、性能与进口材料相当。

团队负责人为柏春光研究员，长期从事钛合金板材、棒材、丝材、型材和管材等产品开发和产业化，同时还从事数值模拟计算领域的研究工作，先后承担和参与的973、国家科技部支撑计划、材料基因组和材料数据库等国家类科研基础项目和国家大飞机和进口替代等应用项目10余项，负责的企业横向项目20余项，申请国家纵向经费支持1000万以上，近6年获得的以威高骨科企业为主的医疗产品开发合同过亿元。在科研工作上，发表论文25篇，申请专利16项，授权发明专利10项，参与撰写专著一项，培养硕士和博士研究生7名，先后被评为金属所优秀毕业生、中科院金属所优秀共产党员、沈阳分院优秀共产党员、沈阳市拔尖人才和辽宁省“百千万人才工程”百层次人才等称号。 团队共计42人，其中研究员4人，副研究员3人，特别研究助理2人，具有博士学位8人，平均年龄小于40岁，是一支人员组成合理、攻关能力强的团队。项目研究团队长期致力于生物医用材料的研制，在钛合金熔炼、热加工变形、轧制、拉拔、矫直、热处理和表面处理等加工工序取得了一系列创新性的研究成果，突破了医用钛合金棒丝材制备过程中的成分控制、织构控制、组织控制与性能控制等关键技术，填补国内空白

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