(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-24
(45)【発行日】2023-05-02
(54)【発明の名称】高強度低モジュラス合金
(51)【国際特許分類】
C22C 16/00 20060101AFI20230425BHJP
C22C 30/04 20060101ALI20230425BHJP
C22C 30/06 20060101ALI20230425BHJP
【ＦＩ】
C22C16/00
C22C30/04
C22C30/06
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021106213
(22)【出願日】2021-06-28
(65)【公開番号】P2022115040
(43)【公開日】2022-08-08
【審査請求日】2021-06-29
(31)【優先権主張番号】110102924
(32)【優先日】2021-01-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
(73)【特許権者】
【識別番号】595064050
【氏名又は名称】國立清華大學
(74)【代理人】
【識別番号】100082418
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 朔生
(74)【代理人】
【識別番号】100167601
【弁理士】
【氏名又は名称】大島 信之
(74)【代理人】
【識別番号】100201329
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 真二郎
(74)【代理人】
【識別番号】100220917
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 忠大
(72)【発明者】
【氏名】葉均蔚
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第１０５７３４３１２（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３２１５４７２（ＣＮ，Ａ）
【文献】Yan Xuehui, Zhang Yong，A body-centered cubic Zr50Ti35Nb15 medium-entropy alloy with unique properties，Scripta Materialia，英国，Elsevier，2020年03月15日，Vol.178，p.329-333
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ １６／００
Ｃ２２Ｃ ３０／０４
Ｃ２２Ｃ ３０／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成がＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＭａで表される高強度低モジュラス合金であって、Ｍは、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、
ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ及びａは、いずれも原子百分率の数値であり、
ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ及びａは、３５＜ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ＜２０、０＜ｘ≦３．５、０＜ｙ≦１２、０≦ａ≦４、及び６１≦（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足することを特徴とする、
高強度低モジュラス合金。
【請求項2】
タンタル（Ｔａ）元素をさらに含み、その組成は、ＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＴａｚＭａで表せ、ｚは、原子百分率の数値であり、それが不等式０＜ｚ≦５を満足することを特徴とする、請求項１に記載の高強度低モジュラス合金。
【請求項3】
前記高強度低モジュラス合金の形態は、粉末、線材、溶接棒、フラックス入り溶接ワイヤ、及びバルク材のうちのいずれか１つであることを特徴とする、請求項１または２に記載の高強度低モジュラス合金。
【請求項4】
６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成がＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＭａＮｂで表される高強度低モジュラス合金であって、Ｍは、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、
Ｎは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ及びＯからなる群から選択される少なくとも１種の第２添加元素であり、
ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ａ及びｂは、いずれも原子百分率の数値であり、
ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ａ及びｂは、３５＜ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ＜２０、０＜ｘ≦３．５、０＜ｙ≦１２、０≦ａ≦４、０≦ｂ≦３、及び６１≦（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足することを特徴とする、
高強度低モジュラス合金。
【請求項5】
タンタル（Ｔａ）元素をさらに含み、その組成は、ＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＴａｚＭａＮｂで表せ、ｚは、原子百分率の数値であり、かつ不等式０＜ｚ≦５を満足することを特徴とする、請求項４に記載の高強度低モジュラス合金。
【請求項6】
前記高強度低モジュラス合金の形態は、粉末、線材、溶接棒、フラックス入り溶接ワイヤ、及びバルク材のうちのいずれか１つであることを特徴とする、請求項４または５に記載の高強度低モジュラス合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、合金材料の関連技術分野に係り、特に、高強度低モジュラス合金に関するものである。
【背景技術】
【0002】
材料エンジニアであれば、特定材料のある力学的性質（あるいは機械的性質と称する）が特別に優秀であれば、それが必然的に同時に別の相対的に比較的悪い力学的性質を有することを知っているはずである。例を挙げて言えば、金属材料は、通常、高強度を有するが、しかしその弾性ひずみ（ｅｌａｓｔｉｃ ｓｔｒａｉｎ）限界は、一般的に０．２％より小さく、かつ数百ＧＰａまで高く到達するヤング率を有する。これに反して、ゴム材料は、通常、高い弾性変形能力を有するが、その強度は、通常、１００ＭＰａより低い。このため、如何にして高強度と低ヤング率を有する金属材料を設計製造するかが、重要視される課題となっている。
【0003】
チタン合金は、高強度と低ヤング率を有する一種の金属材料であり、航空宇宙、船艦、化学工学、自動車、スポーツ器具、医療機器、生体医療材料（手術用インプラント）、ゴルフクラブなどの応用分野に広汎に応用されている。６アルミニウム４バナジウムチタン（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）合金を例として挙げると、それは８５０ＭＰａを超える降伏強度と１００ＧＰａより大きいヤング率を有する。６アルミニウム４バナジウムチタン合金のヤング率は、その他の伝統的な金属または合金に相対してあまり高くはないが、それでも１００ＧＰａより大きいため、その弾性性質が目立たず、高弾性の性質が必要な応用分野への適用が制限されている。
【0004】
研究から、β相安定化元素（ｂｅｔａ ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を含むβ型チタン合金は、高弾性の性質を有することが示されており、例えば、ニオブジルコニウムチタン（Ｔｉ－Ｎｂ－Ｚｒ）合金は、５０ＧＰａより低いヤング率を有する。残念ながら、現在の各種のＴｉ－Ｎｂ－Ｚｒ系列合金の降伏強度を６００ＭＰａより高くすることは非常に困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の説明から分かるように、現在のところ、依然として高強度の性質と高弾性の性質を兼ね備えた合金の研究または開発は未だ成功に至っていない。以上に鑑みて、本願の発明者は、極力研究発明した結果、遂に一種の高強度低モジュラス合金を研究開発して完成させた。
【0006】
本発明の主要な目的は、高強度低モジュラス合金を提供することである。本発明は、少なくとも５種の主要元素と、少なくとも１種の添加元素とから組成される。かかる５種の主要元素は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＳｎであり、かつ添加元素は、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。
本発明の設計によれば、ＴｉとＺｒの原子百分率総和が８５ａｔ％よりも小さいかあるいは等しく、かつ添加元素の原子百分率総和が４ａｔ％よりも小さいかあるいは等しい。実験データから、本発明の高強度低モジュラス合金の多数個のサンプルは、いずれも降伏強度が６００ＭＰａより大きく、ヤング率が９０ＧＰａより小さいことが示された。このため、実験データから、本発明の高強度低モジュラス合金は、部品、器具、医療機器、または手術用インプラントの製作への応用に高いポテンシャルを持つことが証明された。
本発明の設計によれば、ＴｉとＺｒの原子百分率総和が８５ａｔ％よりも小さいかあるいは等しく、かつ添加元素の原子百分率総和が４ａｔ％よりも小さいかあるいは等しい。実験データから、本発明の高強度低モジュラス合金の多数個のサンプルは、いずれも降伏強度が６００ＭＰａより大きく、ヤング率が９０ＧＰａより小さいことが示された。このため、実験データから、本発明の高強度低モジュラス合金は、部品、器具、医療機器、または手術用インプラントの製作への応用に高いポテンシャルを持つことが証明された。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明が提供するかかる高強度低モジュラス合金の第１実施例は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＭａで表される。その内、Ｍは、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、その内、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ及びａは、いずれも原子百分率の数値であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ及びａは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ａ≦４、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。
【0008】
また、本発明が同時に提供するかかる高強度低モジュラス合金の第２実施例は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＴａｚＭａで表される。その内、Ｍは、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、その内、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ及びａは、いずれも原子百分率の数値であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ及びａは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ｚ≦５、ａ≦４、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。
【0009】
さらに、本発明が同時に提供するかかる高強度低モジュラス合金の第３実施例は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＭａＮｂで表される。その内、Ｍは、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、その内、Ｎは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ及びＯからなる群から選択される少なくとも１種の第２添加元素である。その内、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ａ及びｂは、いずれも原子百分率の数値であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ａ及びｂは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ａ≦４、ｂ≦３、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。
【0010】
さらに、本発明がまた提供するかかる高強度低モジュラス合金の第４実施例は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＴａｚＭａＮｂで表される。その内、Ｍは、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、その内、Ｎは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ及びＯからなる群から選択される少なくとも１種の第２添加元素である。その内、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、いずれも原子百分率の数値であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ｚ≦５、ａ≦４、ｂ≦３、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。
【0011】
実行可能な実施例において、かかる高強度低モジュラス合金は、真空アーク融解法、電熱糸加熱法、誘導加熱法、急速凝固法、機械的合金法及び粉末冶金法からなる群から選択される１種の処理方法を利用して作製される。
【0012】
実行可能な実施例において、かかる高強度低モジュラス合金の形態は、粉末、線材、溶接棒、フラックス入り溶接ワイヤ、及びバルク材のうちのいずれか１つである。
【発明の効果】
【0013】
本発明は、一種の高強度低モジュラス合金の用途を同時に提供し、それは手術用インプラント、医療機器、部品、または器具の製造に用いられる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明にかかる高強度低モジュラス合金及びその用途をより明瞭に記述するために、実験資料を参照しながら、本発明の好適な実施例を以下に詳細に説明する。
【0015】
（実施例１）
実施例１において、本発明の高強度低モジュラス合金は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＭａで表される。その内、Ｍは、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ及びａは、いずれも原子百分率の数値である。
本発明の設計によれば、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ及びａは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ａ≦４、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる高強度低モジュラス合金は、４８ａｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、２８ａｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、１５ａｔ％のニオブ（Ｎｂ）、３ａｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、及び６ａｔ％の錫（Ｓｎ）を含む。この状態では、かかる高強度低モジュラス合金の組成は、Ｔｉ４８Ｚｒ２８Ｎｂ１５Ｍｏ３Ｓｎ６で表され、即ち、ｒ＝４８、ｓ＝２８、ｔ＝１５、ｘ＝３、ｙ＝６、かつａ＝０である。
実施例１において、本発明の高強度低モジュラス合金は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＭａで表される。その内、Ｍは、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ及びａは、いずれも原子百分率の数値である。
本発明の設計によれば、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ及びａは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ａ≦４、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる高強度低モジュラス合金は、４８ａｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、２８ａｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、１５ａｔ％のニオブ（Ｎｂ）、３ａｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、及び６ａｔ％の錫（Ｓｎ）を含む。この状態では、かかる高強度低モジュラス合金の組成は、Ｔｉ４８Ｚｒ２８Ｎｂ１５Ｍｏ３Ｓｎ６で表され、即ち、ｒ＝４８、ｓ＝２８、ｔ＝１５、ｘ＝３、ｙ＝６、かつａ＝０である。
【0016】
（実施例２）
実施例２において、本発明の高強度低モジュラス合金は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を同様に有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＴａｚＭａで表される。その内、Ｍは、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ及びａは、いずれも原子百分率の数値である。
本発明の設計によれば、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ及びａは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ｚ≦５、ａ≦４、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる高強度低モジュラス合金は、４８ａｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、２８ａｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、１２．５ａｔ％のニオブ（Ｎｂ）、３．５ａｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、２ａｔ％の錫（Ｓｎ）、３ａｔ％のタンタル（Ｔａ）、２ａｔ％のクロミウム（Ｃｒ）、及び１ａｔ％のタングステン（Ｗ）を含む。この状態では、かかる高強度低モジュラス合金の組成は、Ｔｉ４８Ｚｒ２８Ｎｂ１２．５Ｍｏ３．５Ｓｎ２Ｔａ３Ｃｒ２Ｗ１で表され、即ち、ｒ＝４８、ｓ＝２８、ｔ＝１２．５、ｘ＝３．５、ｙ＝２、ｚ＝３、かつａ＝２＋１＝３である。
実施例２において、本発明の高強度低モジュラス合金は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を同様に有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＴａｚＭａで表される。その内、Ｍは、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ及びａは、いずれも原子百分率の数値である。
本発明の設計によれば、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ及びａは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ｚ≦５、ａ≦４、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる高強度低モジュラス合金は、４８ａｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、２８ａｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、１２．５ａｔ％のニオブ（Ｎｂ）、３．５ａｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、２ａｔ％の錫（Ｓｎ）、３ａｔ％のタンタル（Ｔａ）、２ａｔ％のクロミウム（Ｃｒ）、及び１ａｔ％のタングステン（Ｗ）を含む。この状態では、かかる高強度低モジュラス合金の組成は、Ｔｉ４８Ｚｒ２８Ｎｂ１２．５Ｍｏ３．５Ｓｎ２Ｔａ３Ｃｒ２Ｗ１で表され、即ち、ｒ＝４８、ｓ＝２８、ｔ＝１２．５、ｘ＝３．５、ｙ＝２、ｚ＝３、かつａ＝２＋１＝３である。
【0017】
（実施例３）
実施例３において、本発明の高強度低モジュラス合金は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＭａＮｂで表される。その内、Ｍは、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、Ｎは、銅（Ｃｕ）、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ及びＯからなる群から選択される少なくとも１種の第２添加元素であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ａ及びｂは、いずれも原子百分率の数値である。
本発明の設計によれば、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ａ及びｂは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ａ≦４、ｂ≦３、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる高強度低モジュラス合金は、４８ａｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、２６ａｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、７ａｔ％のニオブ（Ｎｂ）、３ａｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、１２ａｔ％の錫（Ｓｎ）、２ａｔ％のバナジウム（Ｖ）、及び２ａｔ％の銅（Ｃｕ）を含む。この状態では、かかる高強度低モジュラス合金の組成は、Ｔｉ４８Ｚｒ２６Ｎｂ７Ｍｏ３Ｓｎ１２Ｖ２Ｃｕ２で表され、即ち、ｒ＝４８、ｓ＝２６、ｔ＝７、ｘ＝３、ｙ＝１２、ａ＝２、かつｂ＝２である。
実施例３において、本発明の高強度低モジュラス合金は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＭａＮｂで表される。その内、Ｍは、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、Ｎは、銅（Ｃｕ）、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ及びＯからなる群から選択される少なくとも１種の第２添加元素であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ａ及びｂは、いずれも原子百分率の数値である。
本発明の設計によれば、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ａ及びｂは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ａ≦４、ｂ≦３、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる高強度低モジュラス合金は、４８ａｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、２６ａｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、７ａｔ％のニオブ（Ｎｂ）、３ａｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、１２ａｔ％の錫（Ｓｎ）、２ａｔ％のバナジウム（Ｖ）、及び２ａｔ％の銅（Ｃｕ）を含む。この状態では、かかる高強度低モジュラス合金の組成は、Ｔｉ４８Ｚｒ２６Ｎｂ７Ｍｏ３Ｓｎ１２Ｖ２Ｃｕ２で表され、即ち、ｒ＝４８、ｓ＝２６、ｔ＝７、ｘ＝３、ｙ＝１２、ａ＝２、かつｂ＝２である。
【0018】
（実施例４）
実施例４において、本発明の高強度低モジュラス合金は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を同様に有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＴａｚＭａＮｂで表される。その内、Ｍは、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、Ｎは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ及びＯからなる群から選択される少なくとも１種の第２添加元素であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、いずれも原子百分率の数値である。
本発明の設計によれば、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ｚ≦５、ａ≦４、ｂ≦３、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる高強度低モジュラス合金は、４８ａｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、２９ａｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、３ａｔ％のニオブ（Ｎｂ）、３ａｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、９ａｔ％の錫（Ｓｎ）、４ａｔ％のタンタル（Ｔａ）、１ａｔ％のバナジウム（Ｖ）、２ａｔ％のコバルト（Ｃｏ）、及び１ａｔ％のケイ素（Ｓｉ）を含む。この状態では、かかる高強度低モジュラス合金の組成は、Ｔｉ４８Ｚｒ２９Ｎｂ３Ｍｏ３Ｓｎ９Ｔａ４Ｖ１Ｃｏ２Ｓｉ１で表され、即ち、ｒ＝４８、ｓ＝２９、ｔ＝３、ｘ＝３、ｙ＝９、ｚ＝４、ａ＝１、かつｂ＝２＋１＝３である。
実施例４において、本発明の高強度低モジュラス合金は、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を同様に有し、かつその組成はＴｉｒＺｒｓＮｂｔＭｏｘＳｎｙＴａｚＭａＮｂで表される。その内、Ｍは、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選択される少なくとも１種の第１添加元素であり、Ｎは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ及びＯからなる群から選択される少なくとも１種の第２添加元素であり、かつｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、いずれも原子百分率の数値である。
本発明の設計によれば、ｒ、ｓ、ｔ、ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、１５≦ｒ≦５０、２６≦ｓ≦５０、３≦ｔ≦２０、ｘ≦３．５、ｙ≦１２、ｚ≦５、ａ≦４、ｂ≦３、及び（ｒ＋ｓ）≦８５で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる高強度低モジュラス合金は、４８ａｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、２９ａｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、３ａｔ％のニオブ（Ｎｂ）、３ａｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、９ａｔ％の錫（Ｓｎ）、４ａｔ％のタンタル（Ｔａ）、１ａｔ％のバナジウム（Ｖ）、２ａｔ％のコバルト（Ｃｏ）、及び１ａｔ％のケイ素（Ｓｉ）を含む。この状態では、かかる高強度低モジュラス合金の組成は、Ｔｉ４８Ｚｒ２９Ｎｂ３Ｍｏ３Ｓｎ９Ｔａ４Ｖ１Ｃｏ２Ｓｉ１で表され、即ち、ｒ＝４８、ｓ＝２９、ｔ＝３、ｘ＝３、ｙ＝９、ｚ＝４、ａ＝１、かつｂ＝２＋１＝３である。
【0019】
説明に値するのは、本発明の高強度低モジュラス合金は、真空アーク融解法、電熱糸加熱法、誘導加熱法、急速凝固法、機械的合金法、あるいは粉末冶金法を利用して作製されてもよく、しかもその完成品または半完成品の形態は、粉末、線材、溶接棒、フラックス入り溶接ワイヤまたはバルク材であってもよい点である。一方、合金材料の設計と製造を熟知しているエンジニアであれば、そのエンジニアリング経験に基づいて、本発明の高強度低モジュラス合金の完成品または半完成品に加工を施すことができる。
本発明の高強度低モジュラス合金の完成品または半完成品を手術用インプラント、医療機器、部品または器具として加工製造すると製造が便利である。例を挙げて言えば、かかる部品としては、例えば、バネ、コイル、導線、羽根、弾性シートなどが挙げられ、かかる器具としては、例えば、バルブ材、止め材、クランプ具、眼鏡フレーム、スポーツ器具などが挙げられ、かかる手術用インプラントとしては、例えば、人工関節、人工骨、歯冠、クラウンスクリュー、固定ブリッジ、義歯クラスプ、義歯床などが挙げられ、かつかかる医療機器としては、例えば、外科用メス刃、止血鉗子、手術用鋏、電動骨ドリル、鑷子、血管縫合用針、胸骨縫合用ワイヤなどが挙げられる。補足説明すると、前述の加工方式は、鋳造、アーク溶接、レーザ溶接、プラズマ溶接、熱スプレー、熱焼結、三次元積層造形、機械加工、あるいは化学加工であってもよい。
本発明の高強度低モジュラス合金の完成品または半完成品を手術用インプラント、医療機器、部品または器具として加工製造すると製造が便利である。例を挙げて言えば、かかる部品としては、例えば、バネ、コイル、導線、羽根、弾性シートなどが挙げられ、かかる器具としては、例えば、バルブ材、止め材、クランプ具、眼鏡フレーム、スポーツ器具などが挙げられ、かかる手術用インプラントとしては、例えば、人工関節、人工骨、歯冠、クラウンスクリュー、固定ブリッジ、義歯クラスプ、義歯床などが挙げられ、かつかかる医療機器としては、例えば、外科用メス刃、止血鉗子、手術用鋏、電動骨ドリル、鑷子、血管縫合用針、胸骨縫合用ワイヤなどが挙げられる。補足説明すると、前述の加工方式は、鋳造、アーク溶接、レーザ溶接、プラズマ溶接、熱スプレー、熱焼結、三次元積層造形、機械加工、あるいは化学加工であってもよい。
【0020】
本発明の高強度低モジュラス合金を的確に実施することが可能であることを実証するために、以下、多数組の実験資料に沿って実証を行った。
【0021】
（実験例１）
実験例１において、真空アーク融解炉を利用して本発明の高強度低モジュラス合金の多数個のサンプルを製造すると共に、次に、伸長試験を行うために用いられる各個のサンプルの試験片を製作する。伸長試験の完了後、かかる多数個のサンプルの組成及びその関連実験データを下記の表（１）にまとめて示す。
実験例１において、真空アーク融解炉を利用して本発明の高強度低モジュラス合金の多数個のサンプルを製造すると共に、次に、伸長試験を行うために用いられる各個のサンプルの試験片を製作する。伸長試験の完了後、かかる多数個のサンプルの組成及びその関連実験データを下記の表（１）にまとめて示す。
【0022】
【表1】
【0023】
上記の表（１）から、１０種のサンプルは、本発明の高強度低モジュラス合金の実施例１、実施例２、実施利３、及び実施例４の成分組成を含有することが発見できる。このため、実験例１の関連実験データから、本発明の高強度低モジュラス合金は、確かに６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有することが示された。
【0024】
（実験例２）
実験例２において、真空アーク融解炉を同様に利用して本発明の高強度低モジュラス合金の多数個のサンプルを製造すると共に、次に、伸長試験を行うために用いられる各個のサンプルの試験片を製作する。伸長試験の完了後、かかる多数個のサンプルの組成及びその関連実験データを下記の表（２）と表（３）にまとめて示す。
実験例２において、真空アーク融解炉を同様に利用して本発明の高強度低モジュラス合金の多数個のサンプルを製造すると共に、次に、伸長試験を行うために用いられる各個のサンプルの試験片を製作する。伸長試験の完了後、かかる多数個のサンプルの組成及びその関連実験データを下記の表（２）と表（３）にまとめて示す。
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
上記の表（２）、表（３）から、本発明の高強度低モジュラス合金の２０種のサンプルは、いずれも６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び９０ＧＰａより小さいヤング率を有することが発見できる。
【0028】
以上のように、本発明に開示された高強度低モジュラス合金の全ての実施例及びその実験データを既に十分かつ明瞭に説明してきた。上記の説明から分かるように、本発明は、以下の特徴及び利点を有する。
【0029】
（１）本発明は、主に少なくとも５種の主要元素と、少なくとも１種の添加元素とを含む高強度低モジュラス合金であり、その内、かかる５種の主要元素は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＳｎであり、かつかかる添加元素は、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ及びＨｆのうちから選択される１種の元素である。本発明の設計によれば、ＴｉとＺｒの原子百分率総和が８５ａｔ％よりも小さいかあるいは等しく、かつ添加元素の原子百分率総和が４ａｔ％よりも小さいかあるいは等しい。実験データから、本発明の高強度低モジュラス合金の多数個のサンプルは、いずれも降伏強度が６００ＭＰａより大きく、ヤング率が９０ＧＰａより小さいことが示された。
【0030】
（２）実験データから、本発明の高強度低モジュラス合金は、部品、器具、医療機器、または手術用インプラントの製作への応用に高いポテンシャルを持つことが証明された。
【0031】
強調すべき点は、上記で開示されたものは、単なる好適な実施例であり、一部の変更または修飾は、本願の技術思想をもとにして本願の特許権の範疇を逸脱しない限り、当該技術に習熟している者であれば、容易に推察できる点である。