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并在氬氣保護下熔煉，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℃的真空熱處理爐內對其熱處理，在800～900℃加熱下對其熱軋得到厚度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“應力屏蔽”效應，而抗拉強度、屈服強度及斷裂延伸率均有不同提高。
【專利說明】一種生物醫(yī)用低彈性模量鈦鉭鈮鋯硅合金的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金制備【技術領域】，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】
[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、高比強度、優(yōu)異的生物相容性和耐腐蝕性等特點，使其更適用生物醫(yī)學領域，在人工關節(jié)如髖、膝、肩、踝、肘、腕、指關節(jié)等、骨創(chuàng)傷產(chǎn)品如髓內釘、固定板、螺釘?shù)?、脊柱矯形內固定系統(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)用鈦合金不應具有毒性元素，同時還應考慮金屬過敏的風險，因此國際上研發(fā)成功的無毒、無過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和生物相容性佳等特點,但是上述生物醫(yī)用合金的彈性模量相對人骨的彈性模量4~30GPa還是太高，作為醫(yī)用材料可能會出現(xiàn)“應力屏蔽”效應，影響了上述生物醫(yī)用合金的推廣應用。
[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，鈦鉭鋯按質量百分數(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)明內容】

[0007]為解決上述問題，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)學領域尤其是作為醫(yī)用植入材料開拓了良好的應用前景。
[0008]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
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，對非自耗真空熔煉爐進行抽真空使其真空度≥5 X 103pa,其后向非自耗真空熔煉爐內充入高純氬氣，在熔煉溫度1600~2800°C對上述鈦鉭鈮鋯硅合金進行第一次熔煉至熔化狀態(tài)，接著隨爐冷卻至900~1000°C時再加熱進行第二次熔煉至熔化狀態(tài)，其后隨爐冷卻至900~1000°C時再加熱進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進行熱處理，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加熱至800~900°C，然后在熱軋機上進行數(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進行熱處理，此時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，熱處理的時間不低于0.5h，之后對所述片狀鈦鉭鈮鋯硅合金進行淬火，淬火在冰水中進行，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)學領域尤其是作為醫(yī)用植入材料開拓了良好的應用前景。
[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，其彈性模量可以達到40~60GPa，抗拉強度可以達到850~1150MPa，屈服強度可以達到750~lOOOMPa，斷裂延伸率可以達到7~15%。
【具體實施方式】
[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%，其中鋯的質量百分比控制在5~10%并屬于【背景技術】中鋯3~12%內，但鉭元素的百分比含量確低于【背景技術】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，對非自耗真空熔煉爐進行抽真空使其真空度≥ 5 X 10?,其后向非自耗真空熔煉爐內充入高純氬氣，在熔煉溫度1600~2800°C對上述鈦鉭鈮鋯硅合金進行第一次熔煉至熔化狀態(tài)，接著隨爐冷卻至900~1000°C時再加熱進行第二次熔煉至熔化狀態(tài)，其后隨爐冷卻至900~1000°C時再加熱進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進行熱處理，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加熱至800~900°C，然后在熱軋機上進行數(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進行熱處理，此時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，熱處理的時間不低于0.5h，之后對所述片狀鈦鉭鈮鋯硅合金進行淬火，淬火在冰水中進行，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】C22F1/02GK103509959SQ201310324368
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權日:2013年7月30日
【發(fā)明者】郁炎, 蔣鵬, 李士凱 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所