(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン、ニオブ、ジルコニウム、鉄及び酸素からなり、線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有し、
ニオブを１８〜２２ａｔ．％含み、ジルコニウムを３〜７ａｔ．％含み、鉄を０．５〜３．０ａｔ．％含み、酸素を０．１〜１．０ｗｔ．％含み、残部がチタン（Ｔｉ）である、チタン合金。
【請求項２】
冷間加工後の弾性係数が５９ＧＰａであり、生体材料としての使用に適した線形弾性変形をする、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項３】
伸び１％以上で直線粘弾性変形することを特徴とする、請求項２に記載のチタン合金。
【請求項４】
冷間加工前の引張強度が９００ＭＰａより大きく、冷間加工後の引張強度が１１５０ＭＰａより大きく、冷間加工前の延伸率が１８％より大きく、冷間加工後の延伸率が８％より大きい、請求項３に記載のチタン合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来のチタン合金とは異なり、非常に特異的に、線形弾性変形しながらも超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金に関し、これは従来の類似の特性や用途を有するチタン合金の組成と比較して、１１５０ＭＰａ以上の強度、６０ＧＰａ以下の弾性係数を有するβ系チタン合金の組成に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン合金は、代表的な軽金属であり、高い比強度と優れた耐食性を有するので、航空宇宙用材料、化学工業用材料、生体移植材料、スポーツ用品材料などの様々な分野に広く用いられている。前記チタン合金は、他の素材にはない特殊性により、各産業分野で大きな付加価値を創出する素材としてよく知られている。
【０００３】
現在、従来のチタン生体材料においては、人骨との弾性係数の差が非常に大きいので、相対的に弾性係数が低い骨組織には応力が低下する応力遮蔽（stress shielding）現象が頻繁に発生する。よって、人体システムは、応力が低下する骨組織を不要な部分と認識し、破骨細胞を活性化させて溶解させるという問題がある。
【０００４】
よって、前記応力遮蔽現象を最小限に抑えるための低弾性係数チタン生体材料の開発が至急求められており、特に整形外科インプラントにおいては、低弾性及び高強度と共に鍛造形状が複雑であるため成形性に優れた超弾塑性特性を要するので、これらのニーズを満たすチタン合金の開発が切実に求められている。
【０００５】
また、このような高強度、低弾性係数、超弾塑性チタン合金は、生体医療用以外にも航空宇宙、発電及び産業分野、生活用品分野などで応用することができ、特に腐食及び特殊環境におけるプラスチックなどの射出金型素材への応用が可能であるものと予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５９５４７２４号明細書
【特許文献２】米国特許第７８８７５８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は生体移植のための合金材料としてＳＴＳ ３１６Ｌなどのステンレス鋼やコバルト合金が用いられていたが、これらの金属を人体に移植すると、腐食により溶出した金属イオンが血液を介して全身に広がって各種疾病を誘発するという問題や、生体活性がない金属と生体不活性材料からなる移植体が体に挿入された場合に、手術後の時間経過により移植部位から分離しやすくなるという問題や、これらの移植体は人骨に比べて弾性係数がチタンより非常に高いので、周囲の骨組織が破壊されて移植部位が崩壊すると再手術しなければならないという問題などが指摘されている。
【０００８】
上記問題を解決するために、生体適合性が高いチタンに関する研究が国内外で盛んに行われており、現在実際に用いられている純粋チタンやＴｉ−６Ａｌ−４Ｖなどの素材にはない、低弾性、高強度を有するチタン合金に関する研究が進められている。
【０００９】
高強度と低弾性係数を有する場合は、従来の高弾性、高強度を有する合金における応力遮蔽（stress shielding）効果を克服することができ、人骨組織との適合性を向上させることができるので、それに関する研究が国内外で盛んに行われている。
【００１０】
本発明に関して、韓国内では類似の特許は見当たらず、外国の特許では特許文献１の低弾性医療用チタン合金に関する特許と、特許文献２の医療用非晶質チタン素材に関する特許が存在するが、これらは低ヤング率チタン合金技術に関するものであり、従来の医療用チタン合金や金属素材のヤング率が骨に比べて高いため、それを低くして新しい合金を開発した技術にすぎず、低ヤング率と共に強度などの機械的、物理的特性を改善した合金成分に関する技術は存在しないことが問題とされている。
【００１１】
上記問題を解決するために、本発明は、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、鉄（Ｆｅ）及び酸素（Ｏ）をそれぞれ所定の比率で含む、線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、ニオブ（Ｎｂ）18 〜 22at.％、ジルコニウム（Ｚｒ）3〜7 at.％、鉄（Ｆｅ）0.5〜3.0 at.％、酸素（Ｏ）0.1〜1.0 wt.％、及び残部チタン（Ｔｉ）からなることを特徴とする、線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）を提供することを目的とする。
及び残部チタン（Ｔｉ）からなることを特徴とする請求項１に記載の線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金。
【００１３】
さらに、本発明の素材は、大多数の低弾性チタン合金とは異なり、高融点元素であるＴａ（融点温度：３，０００℃）を含まないので、大容量の溶解及び凝固時に頻繁に発生するＴａ組成の不均一の恐れがなく、大量生産に有利であり、チタン合金でありながらも常温で９０％以上の冷間成形が可能であるという利点がある。 
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を解決するために、本発明は、高強度、低弾性係数を有するチタン合金の組成において、前記チタン合金の構成は、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、鉄（Ｆｅ）及び酸素（Ｏ）をそれぞれ所定の比率で含む、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｆｅ−Ｏ）を提供する。
【００１５】
また、前記チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）18 〜 22at.％、ジルコニウム（Ｚｒ）3〜7 at.％、鉄（Ｆｅ）0.5〜3.0 at.％、酸素（Ｏ）0.1〜1.0 wt.％、及び残部チタン（Ｔｉ）からなることを特徴とする、線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）を提供する。
【００１６】
さらに、上記組成からなる高強度、低弾性係数を有するチタン合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｆｅ）は、冷間加工前はヤング率（ＧＰａ）が６８であり、冷間加工後はヤング率（ＧＰａ）が６０である特性を有し、生体材料として用いることができる、低弾性特性を有し、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｆｅ−Ｏ）を提供する。
【００１７】
さらに、上記組成からなる高強度、低弾性係数を有するチタン合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｆｅ−Ｏ）は、１％以上の領域で線形弾性挙動を示すことを特徴とする、線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）を提供する。
【００１８】
さらに、上記組成からなる高強度、低弾性係数を有するチタン合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｆｅ−Ｏ）は、冷間加工前は引張強度が９００Ｍｐａ以上であり、冷間加工後は１１５０Ｍｐａ以上であり、冷間加工前は延伸率（％）が１８以上であり、冷間加工後は８以上であることを特徴とする、線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）を提供する。 
【発明の効果】
【００１９】
本発明による高強度、低弾性係数を有するチタン合金の開発により、高強度、低ヤング率、超弾塑性チタン合金は、生体医療用以外にも航空宇宙、発電及び産業分野、生活用品分野などで応用することができ、特に腐食及び特殊環境におけるプラスチックなどの射出金型素材への応用が可能になるものと予想される。
【００２０】
従来のチタン合金の難成形性による価格上昇を最小限に抑えることができるだけでなく、高成形性又は超弾塑性チタン合金の開発により、産業現場における生産及び適用面でも画期的な利便性を確保することができるものと判断される。
【００２１】
また、従来は生体移植のための合金材料としてＳＴＳ ３１６Ｌなどのステンレス鋼やコバルト合金が用いられていたが、これらの金属を人体に移植すると、腐食により溶出した金属イオンが血液を介して全身に広がって各種疾病を誘発するという問題や、生体活性がない金属と生体不活性材料からなる移植体が体に挿入された場合に、手術後の時間経過により移植部位から分離しやすくなるという問題や、これらの移植体は人骨に比べて強度が大きいので、周囲の骨組織が破壊されて移植部位が崩壊すると再手術しなければならないという問題などを画期的に解決できるものと予想される。
【００２２】
また、従来の合金に比べて、本発明の素材は、大多数の低弾性チタン合金とは異なり、高融点元素であるＴａ（融点温度：３，０００℃）を含まないので、大容量の溶解及び凝固時に頻繁に発生するＴａ組成の不均一の恐れがなく、大量生産に有利であり、チタン合金でありながらも常温で９０％以上の冷間成形が可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の金属材料特性及び本研究による新合金の特性を示す表である。
【図２】本発明の実施例による線形弾性挙動を示すものであり、超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の開発のための理想的な必要条件を示す表である。
【図３】発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の開発のために必要な図２の理想的な必要条件のうち、ＤＶ−Ｘａ ｃｌｕｓｔｅｒ ｍｅｔｈｏｄ（分子軌道法）により決定される各金属元素のＢｏ及びＭｄ値を示す表である。
【図４】発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の開発のために必要な図２の理想的な必要条件のうち、各金属元素のＥｌｅｃｔｒｏｎ／ａｔｏｍ ｒａｔｉｏ（ｅ／ａ）値を示す表である。
【図５】本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の焼入れ（Quenching）工程後の光学顕微鏡微細組織写真である。
【図６】本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の熱間鍛造後の反射電子顕微鏡微細組織写真である。
【図７】本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の９０％冷間圧延後の反射電子顕微鏡微細組織写真である。
【図８】本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金及び純粋チタンの超音波探傷法で測定された弾性係数を示す表である。
【図９】本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金及び既存の生体用チタン合金の強度及び弾性係数を比較した結果を示す表である。
【図１０】本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金及び既存の生体用チタン合金の生体用素材としての機械的特性の適合性（強度／弾性係数）を比較した結果を示すグラフである。
【図１１ａ】本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の引張曲線を示すグラフである。
【図１１ｂ】図１０で最も類似した特性を示す素材の引張曲線を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の冷間加工前後の引張強度と延伸率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。しかし、本発明の思想は提示される実施例に限定されるものではなく、他の構成要素の追加、変更、削除などにより、他の退歩的発明や本発明の範囲に含まれる他の実施例を容易に提案することができる。
【００２５】
図１は従来の金属材料特性及び本研究による新合金の特性を示す表である。
【００２６】
詳しくは、本発明の実施例において高強度、低弾性係数を有するチタン合金の開発時に要求され、満たすべき特性を図式化したグラフである。前述した高強度、低弾性係数を有するチタン合金は、７０ＧＰａ以下の低弾性係数、高強度、耐腐食性、無細胞毒性及び超弾塑性特性を有するβ系チタン（別名Ｇｕｍ Ｍｅｔａｌに類似の素材）であり、計算工学及び実験的方法による合金設計技術、真空溶解及び鍛造技術、成形結合、形状制御金型設計及び型鍛造技術、特性及び信頼性評価技術などの単位技術により開発される。
【００２７】
開発しようとする高強度、低弾性係数を有するチタン合金のターゲットメタルの特性と比較したマグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金及び鉄のヤングの係数をグラフに示す。
【００２８】
本発明の実施例による高強度、低弾性係数を有するチタン合金は、低弾性係数、高強度、超弾塑性β系チタン合金の場合、日本のトヨタ自動車（Since vol. 300(2003)）が最近開発したＧｕｍ Ｍｅｔａｌ（Ｔｉ−２３Ｎｂ−０．７Ｔａ−２Ｚｒ−Ｏ）とは異なり、線形弾性変形をし、低弾性、高強度特性を有するチタン合金であり、現在の生体医療、航空宇宙、発電及び産業分野だけでなく、腐食及び特殊環境におけるプラスチックなどの射出金型材質として応用できるものと予想される。
【００２９】
その他にも、眼鏡フレーム、精密ネジ類、自動車用部品、スポーツ用品、装飾品など、自動車及び生活用品への応用が多種多様に行われる。
【００３０】
従来の高強度／高ヤング率チタン生体材料においては、ヤング率の差が非常に大きく、相対的にヤング率が低い骨組織には応力が低下する応力遮蔽（stress shielding）現象が頻繁に発生していた。よって、人体システムは、応力が低下した骨組織を不要な部分と認識し、破骨細胞を活性化させて溶解させるという問題がある。
【００３１】
よって、前記応力遮蔽現象を最小限に抑えるための低ヤング率チタン生体材料の開発が至急求められており、特に整形外科インプラントにおいては、高強度と共に鍛造形状が複雑であるため成形性に優れた超弾塑性特性を要するので、これらのニーズを満たすチタン合金の開発が求められている。
【００３２】
現在、このような高強度、低ヤング率、超弾塑性チタン合金は、生体医療用以外にも航空宇宙、発電及び産業分野、生活用品分野などで応用することができ、特に腐食及び特殊環境におけるプラスチックなどの射出金型素材への応用が可能であるものと予想されている。
【００３３】
また、生体医療及び他の様々な分野にチタン合金を適用するために、製品コストを低くする方法が必要であり、従来のチタン合金の難成形性による価格上昇を最小限に抑えるために、高成形性又は超弾塑性を有するチタン合金の開発も求められている。
【００３４】
高強度、低ヤング率、超弾塑性チタン合金（別名：Ｇｕｍ Ｍｅｔａｌ）の開発は、日本のトヨタ自動車が最初に開発して以来、これらの合金の主な応用先のうち産業的波及効果が大きい生体医療市場に適用するための試みが続けられている現状である。
【００３５】
また、従来は生体移植のための合金材料としてＳＴＳ ３１６Ｌなどのステンレス鋼やコバルト合金が用いられていたが、これらの金属を人体に移植すると、腐食により溶出した金属イオンが血液を介して全身に広がって各種疾病を誘発するという問題や、生体活性がない金属と生体不活性材料からなる移植体が体に挿入された場合に、手術後の時間経過により移植部位から分離しやすくなるという問題や、これらの移植体は人骨に比べて強度が非常に大きいので、周囲の骨組織が破壊されて移植部位が崩壊すると再手術しなければならないという問題などが指摘されている。
【００３６】
上記問題を解決するために、生体適合性が高いチタンに関する研究が国内外で盛んに行われており、初期の純粋チタンやＴｉ−６Ａｌ−４Ｖなどの合金にはない、低弾性、高強度を有するチタン合金に関する研究が進められている。高強度と低弾性係数を有する場合は、従来の高弾性、高強度を有する合金における応力遮蔽（stress shielding）効果を克服することができ、人骨組織との適合性を向上させることができるので、それに関する研究が国内外で盛んに行われている。
【００３７】
低ヤング率チタン合金技術において、従来の医療用チタン合金又は金属素材のヤング率が骨に比べて高いので、低ヤング率と共に強度などの機械的、物理的特性が改善された合金成分及びパラメータ発明を開発する目的で本発明がなされた。
【００３８】
よって、本発明において、線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金も、図１のグラフの左上に赤色で示す領域の特性を有するものを目標として開発された。
【００３９】
図２は本発明の実施例による線形弾性挙動を示すものであり、超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の開発のための理想的な必要条件を示す表である。
【００４０】
詳しくは、前述した低ヤング率チタン合金の開発を行う上で必ず満たさなければならない３つの必須前提条件がある。
【００４１】
上記３つの条件とは、ＤＶ−Ｘα：ｂｏｎｄ ｏｒｄｅｒ，Ｂｏ：２．８７と、ＤＶ−Ｘα：”ｄ”ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｏｒｂｉｔａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｌｅｖｅｌ，Ｍｄ：２．４５ｅＶと、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ／ａｔｏｍ ｒａｔｉｏ（ｓ．ｐ．ｄ）：４．２４とを満たさなければならないという条件である。
【００４２】
図３は発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の開発のために必要な図２の理想的な必要条件のうち、ＤＶ−Ｘａ ｃｌｕｓｔｅｒ ｍｅｔｈｏｄ（分子軌道法）により決定される各金属元素のＢｏ及びＭｄ値を示す表である。
【００４３】
詳しくは、本発明の実施に必要な高強度、低弾性係数を有するチタン合金の構成元素がＴｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＦｅであることが最適な条件であることが分かる。
【００４４】
よって、高強度、低弾性係数を有するチタン合金の組成において、前記チタン合金の構成は、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、鉄（Ｆｅ）及び酸素（Ｏ）をそれぞれ所定の比率で含む。
【００４５】
また、前述したチタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、鉄（Ｆｅ）及び酸素（Ｏ）の構成比率は、ニオブ（Ｎｂ）18 〜 22at.％、ジルコニウム（Ｚｒ）3〜7 at.％、鉄（Ｆｅ）0.5〜3.0 at.％、酸素（Ｏ）0.1〜1.0 wt.％、及び残部チタン（Ｔｉ）であることを特徴とする。
【００４６】
一方、上記組成からなる高強度、低弾性係数を有するチタン合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｆｅ）は、冷間加工前のヤング率（ＧＰａ）が６８であり、冷間加工後のヤング率（ＧＰａ）が６０である特性を示し、生体材料として用いることができる低弾性特性を示す、高強度、低弾性係数を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）であることを特徴とする。
【００４７】
また、上記組成からなる高強度、低弾性係数を有するチタン合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｆｅ）は、１．５％以上の領域で線形弾性挙動を示す。
【００４８】
図５は本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の焼入れ（Quenching）工程後の光学顕微鏡微細組織写真である。
【００４９】
一般に焼入れ工程後に観察される樹枝状結晶が観察された。
【００５０】
図６は本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の熱間鍛造後の反射電子顕微鏡微細組織写真である。
【００５１】
熱間鍛造中に樹枝状結晶が粉砕され、等軸状の結晶粒が均一に形成されていることが分かる。
【００５２】
図７は本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の９０％冷間圧延後の反射電子顕微鏡微細組織写真である。
【００５３】
常温で非常に高い変形量が素材に加えられても破断が生じず、変形が受け入れられたことが分かる。
【００５４】
図８は本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金及び純粋チタンの超音波探傷法で測定された弾性係数を示す表である。
【００５５】
一般に知られる純粋チタンのヤング率は１０５〜１１０ＧＰａ程度の値であるので、本方法の信頼性が確認され、本発明の実施例による素材はヤング率が非常に低いことが確認された。
【００５６】
図９は本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金及び既存の生体用チタン合金の強度及び弾性係数を比較した結果を示す表である。
【００５７】
詳しくは、発明の実施例による高強度、低弾性係数を有するチタン合金は、既存の素材のうち最も優れた特性を示すＴｉ−３６Ｎｂ−２Ｔａ−３Ｚｒ−０．３Ｏ合金（Ｇｕｍ Ｍｅｔａｌ）に比較して、１５０ＭＰａ以上強度が高いことが分かる。
【００５８】
要約すると、本発明の実施例による高強度、低弾性係数を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）により、７０ＧＰａ以下の低弾性係数、高強度、耐腐食性、無細胞毒性及び超弾塑性特性を有するβ系チタン合金が開発されたことが分かる。
【００５９】
よって、本発明の実施例による高強度、低弾性係数を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）は、生体医療から航空宇宙分野まで様々な産業分野で適用できることが分かる。
【００６０】
図１０は本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金及び既存の生体用チタン合金の生体用素材としての機械的特性の適合性（強度／弾性係数）を比較した結果を示すグラフである。
【００６１】
図１０を参照すると、本発明の実施例による線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）の機械的特性は、従来の合金に比較して、相対的に優れた特性を示すことが分かる。
【００６２】
図１１は本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金（ａ）及び図１０で最も類似した特性を示す素材（ｂ）の引張曲線を示すグラフである。
【００６３】
図１１ａは本発明の実施例による線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）の外部応力による変形率を示すグラフであり、図１１ｂは従来の金属のうち最も優れた特性を示す合金（Ｔｉ−３６Ｎｂ−２Ｔａ−３Ｚｒ−Ｏ）の特性を示すグラフである。
【００６４】
図１１ａと図１１ｂを比較すると、図１１ｂの従来のチタン合金（Ｔｉ−３６Ｎｂ−２Ｔａ−３Ｚｒ−Ｏ）は非線形弾性挙動を示すことが分かる。
【００６５】
それに対して、本発明の実施例による線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）は、線形弾性挙動を示す領域が１．０％を越えることが確認される。
【００６６】
また、本発明の実施例による線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）は、Ｔａ金属（融点温度：３，０００℃）を含まない。
【００６７】
Ｔａ金属は融点温度が３，０００℃であり、他の成分金属の融点温度に比べて相対的にはるかに高く、一般的な金属の溶融温度である２，５００℃の条件下ではＴａ金属が均一に溶融しないので、合金の製造において均一な組成からなる製品を得ることが困難であるという問題がある。
【００６８】
図１２は本発明の実施例による超高強度、超低弾性係数を有するチタン合金の冷間加工前後の引張強度と延伸率を示すグラフである。
【００６９】
詳しくは、上記組成からなる高強度、低弾性係数を有するチタン合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｆｅ−Ｏ）は、冷間加工前は引張強度が９００Ｍｐａ以上であり、冷間加工後は１１５０Ｍｐａ以上であり、冷間加工前は延伸率（％）が１８以上であり、冷間加工後は８以上である特性を示す。
【００７０】
これは、従来の合金は強度が約７００Ｍｐａであり、延伸率が約２％であることを考慮すると、現在開発されている合金に比べて著しく向上した特性であることが分かる。
【００７１】
また、本発明の実施例によるチタン合金（Ｔｉ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｆｅ−Ｏ）は、強度が向上すると延伸率が低くなる一般的な特性とは異なり、強度が著しく向上したにもかかわらず、延伸率も比例して上昇した点で従来の合金に比べて画期的である。
【００７２】
結論として、本発明の実施例による線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）により、従来のチタン合金に比べて合理的な製造コストで著しく優れた特性を有するチタン合金を製造できることが分かる。
【００７３】
また、本発明の実施例による線形弾性変形をし、超高強度、超低弾性特性を有するチタン合金（Ｔｉ−２０Ｎｂ−５Ｚｒ−１Ｆｅ−Ｏ）は、生体医療から航空宇宙分野まで様々な産業分野で適用できることが分かる。
【図１】
0006006872.tif 000002
【図２】
0006006872.tif 000003
【図３】
0006006872.tif 000004
【図４】
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【図９】
0006006872.tif 000006
【図１０】
0006006872.tif 000007
【図１１ａ】
0006006872.tif 000008
【図１１ｂ】
0006006872.tif 000009
【図１２】
0006006872.tif 000010
【図５】
0006006872.tif 000011
【図６】
0006006872.tif 000012
【図７】
0006006872.tif 000013
【図８】
0006006872.tif 000014