一種生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的制備方法
【專利摘要】一種生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的制備方法，按質(zhì)量百分比將15～30%的鉭、10～15%的鈮、5～10%的鋯、≤1%的硅以及余量鈦放入非自耗真空熔煉爐內(nèi)并在氬氣保護(hù)下熔煉，真空度≥5×10-3Pa，熔煉溫度1600～2800℃，出爐澆鑄成鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠，在900～1000℃的真空熱處理爐內(nèi)對(duì)其熱處理，在800～900℃加熱下對(duì)其熱軋得到厚度0.5～5mm的片狀鈦鉭鈮鋯硅合金，再經(jīng)700～850℃熱處理及淬火后即可得到生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金，其彈性模量在40～60GPa之間，作為醫(yī)用植入材料能大大降低“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)，而抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及斷裂延伸率均有不同提高。
【專利說(shuō)明】一種生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)的生物醫(yī)用不銹鋼和鈷鉻合金相比，鈦及鈦合金材料如Ti6A14V、TiNi等，由于其低彈性模量、高比強(qiáng)度、優(yōu)異的生物相容性和耐腐蝕性等特點(diǎn)，使其更適用生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在人工關(guān)節(jié)如髖、膝、肩、踝、肘、腕、指關(guān)節(jié)等、骨創(chuàng)傷產(chǎn)品如髓內(nèi)釘、固定板、螺釘?shù)取⒓怪C形內(nèi)固定系統(tǒng)、牙種植體、牙托、牙矯形絲、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫(yī)用器件方面具有廣泛的使用范圍。
[0003]制備臨床效果佳的生物醫(yī)用鈦合金不應(yīng)具有毒性元素，同時(shí)還應(yīng)考慮金屬過(guò)敏的風(fēng)險(xiǎn)，因此國(guó)際上研發(fā)成功的無(wú)毒、無(wú)過(guò)敏性合金元素的生物醫(yī)用鈦合金多集中在T1-Mo基、T1-Nb 基以及 T1-Zr 基合金，如:Til3Nbl3Zr、Til2Mo6Zr2Fe、Til2Mo5Zr5Sn、Til5Mo、Til6NblOHf、Til5Mo2.8Nb0.2S1、Ti45Nb、Ti35ZrlONb、Ti35Nb7Zr5Ta、Ti29Nbl3Ta4.6Zr 以及 Ti30ZrlMo 等。
[0004]上述生物醫(yī)用合金雖然具有形狀記憶效應(yīng)和生物相容性佳等特點(diǎn),但是上述生物醫(yī)用合金的彈性模量相對(duì)人骨的彈性模量4~30GPa還是太高，作為醫(yī)用材料可能會(huì)出現(xiàn)“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)，影響了上述生物醫(yī)用合金的推廣應(yīng)用。
[0005]CN101285139 A公開了一種低彈性模量鈦鉭鋯形狀記憶合金及其制備方法，鈦鉭鋯按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)其組成為:鉭40~55%、鋯3~12%、余為鈦，該合金鉭元素含量較高，導(dǎo)致制備合金的成本大增，不宜作為普適性的生物醫(yī)用鈦合金。
[0006]因此，尋找一種低成本且生物相容性好的低彈性模量鈦鉭基合金就顯得十分重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的制備方法，通過(guò)該制備方法制備出的鈦鉭鈮鋯硅合金不僅生產(chǎn)成本較低，而且生物相容性較好，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尤其是作為醫(yī)用植入材料開拓了良好的應(yīng)用前景。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的制備方法，該制備方法中使用的鈦、鉭、鈮、鋯、硅的純度均不低于99.5%，其中鋯的質(zhì)量百分比控制在5~10%，該制備方法中還使用到非自耗真空熔煉爐、真空熱處理爐、加熱爐，本發(fā)明的特征如下:
①按質(zhì)量百分比將15~30%的鉭、10~15%的鈮、5~10%的鋯、≤1%的硅以及余量鈦放入非自耗真空熔煉爐內(nèi)，對(duì)非自耗真空熔煉爐進(jìn)行抽真空使其真空度≥5 X 103pa,其后向非自耗真空熔煉爐內(nèi)充入高純氬氣，在熔煉溫度1600~2800°C對(duì)上述鈦鉭鈮鋯硅合金進(jìn)行第一次熔煉至熔化狀態(tài)，接著隨爐冷卻至900~1000°C時(shí)再加熱進(jìn)行第二次熔煉至熔化狀態(tài)，其后隨爐冷卻至900~1000°C時(shí)再加熱進(jìn)行第三次熔煉至熔化狀態(tài)，隨后出爐澆鑄成鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠；
②將所述鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠放在真空熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，真空熱處理爐的真空度≥5X10_3Pa，真空熱處理爐的溫度控制在900~1000°C，熱處理的時(shí)間不低于12h，之后所述鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠隨真空熱處理爐自然冷卻至室溫；
③將②熱處理的所述鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠在加熱爐內(nèi)加熱至800~900°C，然后在熱軋機(jī)上進(jìn)行數(shù)次軋制得到厚度為0.5~5_的片狀鈦鉭鈮鋯硅合金；
④將③得到的所述片狀鈦鉭鈮鋯硅合金放在真空熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，此時(shí)真空熱處理爐的真空度≥3 X 10_3Pa，真空熱處理爐的溫度控制在700~850°C，熱處理的時(shí)間不低于0.5h，之后對(duì)所述片狀鈦鉭鈮鋯硅合金進(jìn)行淬火，淬火在冰水中進(jìn)行，淬火后即可得到生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金。
[0009]由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下積極效果: 1、根據(jù)本發(fā)明制備出的生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金，不僅生產(chǎn)成本較低，而且生物相容性較好，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尤其是作為醫(yī)用植入材料開拓了良好的應(yīng)用前景。
[0010]2、根據(jù)本發(fā)明制備出的生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金，其彈性模量可以達(dá)到40~60GPa，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到850~1150MPa，屈服強(qiáng)度可以達(dá)到750~lOOOMPa，斷裂延伸率可以達(dá)到7~15%。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明是一種生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的制備方法，根據(jù)本發(fā)明制備出的生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金，不僅生產(chǎn)成本較低，而且生物相容性較好。
[0012]本發(fā)明使用的鈦、鉭、鈮、鋯、硅的純度均不低于99.5%，其中鋯的質(zhì)量百分比控制在5~10%并屬于【背景技術(shù)】中鋯3~12%內(nèi)，但鉭元素的百分比含量確低于【背景技術(shù)】中鉭40~55%，因此降低了生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的生產(chǎn)成本，非常適用于醫(yī)用植入材料的制作。
[0013]本發(fā)明制備方法中還使用到非自耗真空熔煉爐、真空熱處理爐以及加熱爐。
[0014]按質(zhì)量百分比鉭、鈮、鋯、硅及余量鈦的組配比例和合金性能見下表。
【權(quán)利要求】
1.一種生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的制備方法，該制備方法中使用的鈦、鉭、鈮、鋯、硅的純度均不低于99.5%，其中鋯的質(zhì)量百分比控制在5~10%，該制備方法中還使用到非自耗真空熔煉爐、真空熱處理爐、加熱爐，其特征是: ①按質(zhì)量百分比將15~30%的鉭、10~15%的鈮、5~10%的鋯、≤1%的硅以及余量鈦放入非自耗真空熔煉爐內(nèi)，對(duì)非自耗真空熔煉爐進(jìn)行抽真空使其真空度≥ 5 X 10?,其后向非自耗真空熔煉爐內(nèi)充入高純氬氣，在熔煉溫度1600~2800°C對(duì)上述鈦鉭鈮鋯硅合金進(jìn)行第一次熔煉至熔化狀態(tài)，接著隨爐冷卻至900~1000°C時(shí)再加熱進(jìn)行第二次熔煉至熔化狀態(tài)，其后隨爐冷卻至900~1000°C時(shí)再加熱進(jìn)行第三次熔煉至熔化狀態(tài)，隨后出爐澆鑄成鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠； ②將所述鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠放在真空熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，真空熱處理爐的真空度≥5X10_3Pa，真空熱處理爐的溫度控制在900~1000°C，熱處理的時(shí)間不低于12h，之后所述鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠隨真空熱處理爐自然冷卻至室溫； ③將②熱處理的所述鈦鉭鈮鋯硅合金鑄錠在加熱爐內(nèi)加熱至800~900°C，然后在熱軋機(jī)上進(jìn)行數(shù)次軋制得到厚度為0.5~5_的片狀鈦鉭鈮鋯硅合金； ④將③得到的所述片狀鈦鉭鈮鋯硅合金放在真空熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，此時(shí)真空熱處理爐的真空度≥3 X 10-3Pa，真空熱處理爐的溫度控制在700~850°C，熱處理的時(shí)間不低于0.5h，之后對(duì)所述片狀鈦鉭鈮鋯硅合金進(jìn)行淬火，淬火在冰水中進(jìn)行，淬火后即可得到生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金。
【文檔編號(hào)】C22F1/02GK103509959SQ201310324368
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】郁炎, 蔣鵬, 李士凱 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所