一種人工股骨頭及其熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱處理及人造關(guān)節(jié)、人造骨頭領(lǐng)域，特別是涉及一種人工股骨頭的熱處理方法及由其制備得到的人工股骨頭。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的生物醫(yī)用材料常規(guī)是用于植入人體內(nèi)的人工器官，目前人造股骨頭的需求量大幅度增加，人工股骨頭給無數(shù)股骨頭壞死患者帶來了正常走路生活的希望，但是目前人工股骨頭的強(qiáng)度和彈性模量不是很高，使得人工股骨頭的使用年限得到了一定的限制。目前常規(guī)采用鈦合金制作人工股骨頭，現(xiàn)有一些技術(shù)在鈦合金中添加Pb等元素，通過促進(jìn)鈦的陽極鈍化，從而提高醫(yī)用鈦合金的耐腐蝕性，避免縫隙腐蝕，但是Pb是一種重金屬元素，在歐洲、美國和日本是完全禁止使用的，由于其長期在人體內(nèi)容易使得人體的Pb元素超標(biāo)，從而使得人體Pb中毒。因此急需要開發(fā)出一種高強(qiáng)度、高彈性模量和耐腐性極佳的人工股骨頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于提出一種人工股骨頭的熱處理方法。
[0004]本發(fā)明的目的之二在于提出一種人工股骨頭。
[0005]具體通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn):
一種人工股骨頭的熱處理方法，所述人工股骨頭的材質(zhì)為鈦合金，包括如下步驟:
(I)原料準(zhǔn)備及熔煉:選用海綿鈦?zhàn)鳛殡姌O，在真空度< SPa的等離子真空焊箱中焊接電極，采用真空自耗電弧爐進(jìn)行兩次熔煉為鈦鑄錠；將該鈦鑄錠與Ga、Al和V的中間合金共同加入到真空熔煉爐中熔煉成所需成分的鈦合金熔體。
[0006](2)精密鑄造:將步驟(I)得到的熔體進(jìn)行保溫后采用精密鑄造的方法得到人工股骨頭半成品。
[0007](3)退火處理:將步驟(2)得到的人工股骨頭半成品裝入到真空感應(yīng)熱處理爐中加熱到520~590°C，保溫40~50min，再加熱到620~690°C，保溫20~30min，再加熱到750-780 0C，保溫55~65min后空冷至室溫。
[0008](4)人工時(shí)效:將步驟(3)處理后的人工股骨頭半成品置入時(shí)效爐中加熱至310-3600C，保溫4~6小時(shí)后水冷到室溫。
[0009](5)深冷處理:人工時(shí)效后的人工股骨頭半成品置入深冷箱，降溫到-120~-180°C，深冷處理25~35min后恢復(fù)到室溫。
[0010](6)固溶處理:將深冷處理后的人工股骨頭半成品置入固溶處理爐中，加熱至820-8600C，保溫0.8-1.2小時(shí)后水淬。
[0011](7)第二次人工時(shí)效:將固溶處理后的人工股骨頭半成品置入時(shí)效爐中加熱至320~360°C，保溫4~6小時(shí)后水冷到室溫，即得到人工股骨頭成品。
[0012]作為優(yōu)選，所述鈦合金的成分按重量百分比含量為:A1:4.5-5.2%，Ga:2.5-6.8%，V:3.8-4.8%，余量為鈦及不可避免的雜質(zhì)。
[0013]作為優(yōu)選，所述Ga、Al和V的中間合金為Ti_Ga、T1-Al和T1-V中間合金。
[0014]作為優(yōu)選，步驟(I)中，選用海綿鈦?zhàn)鳛殡姌O，在真空度l~6Pa的等離子真空焊箱中焊接電極。
[0015]作為優(yōu)選，所述深冷處理中，人工時(shí)效后的人工股骨頭半成品置入深冷箱，先降溫到-69~-88°C后，維持溫度10~22min后，繼續(xù)冷卻到-140~_180°C，維持溫度26~30min后恢復(fù)到室溫。
[0016]一種人工股骨頭，所述人工股骨頭采用前述人工股骨頭的熱處理方法得到，所述人工股骨頭的材質(zhì)為鈦合金，所述鈦合金的成分按重量百分比含量為:A1:4.5-5.2%，Ga:
2.5-6.8%，V:3.8-4.8%，余量為鈦及不可避免的雜質(zhì)，且雜質(zhì)中Fe ( 0.20%，C彡0.05%，N^0.01%0
[0017]作為優(yōu)選，所述人工股骨頭的抗拉強(qiáng)度彡980MPa，鍛后伸長率彡20%，斷面收縮率彡 45%ο
[0018]作為優(yōu)選，所述人工股骨頭的彈性模量為58~72GPa。
[0019]作為優(yōu)選，所述人工股骨頭的抗拉強(qiáng)度:990~1200MPa，鍛后伸長率:20~28%，斷面收縮率:45~52%，彈性模量為59~71GPa。
[0020]本發(fā)明的效果在于:
1，通過合理熱處理制度處理特定的鈦合金，使得人工股骨頭的強(qiáng)度、彈性模量等性能都得到的大幅度提高。
[0021]2，熱處理過程中，通過設(shè)置深冷處理，以及在深冷處理之前、退火處理之后設(shè)置人工時(shí)效處理，使得組織均勻，通過在深冷處理之后設(shè)置固溶處理和再一次的人工時(shí)效處理，使得微觀結(jié)構(gòu)晶粒細(xì)化且組織均勻后，對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)化，強(qiáng)化之后又進(jìn)一步的使得彈性模量得到提高，從而使得人工股骨頭的各項(xiàng)性能指標(biāo)均好于現(xiàn)有人工股骨頭。
[0022]3，通過對(duì)人工股骨頭材質(zhì)鈦合金的組分進(jìn)行合理調(diào)整，通過在T1-Al合金中添加Ga來提高強(qiáng)度，通過Ga和V的配合使用來達(dá)到耐腐蝕性，并且通過設(shè)置各元素的含量而達(dá)到合理與熱處理配合而提高各項(xiàng)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
一種人工股骨頭的熱處理方法，所述人工股骨頭的材質(zhì)為鈦合金，所述鈦合金的成分按重量百分比含量為:A1:4.9%，Ga:4.1%，V:4.1%，余量為鈦及不可避免的雜質(zhì)。包括如下步驟:
(I)原料準(zhǔn)備及熔煉:選用海綿鈦?zhàn)鳛殡姌O，在真空度為3Pa的等離子真空焊箱中焊接電極，采用真空自耗電弧爐進(jìn)行兩次熔煉為鈦鑄錠；將該鈦鑄錠與T1-Ga、T1-Al和T1-V中間合金共同加入到真空熔煉爐中熔煉成所需成分的鈦合金熔體。
[0024](2)精密鑄造:將步驟(I)得到的熔體進(jìn)行保溫后采用精密鑄造的方法得到人工股骨頭半成品。
[0025](3)退火處理:將步驟(2)得到的人工股骨頭半成品裝入到真空感應(yīng)熱處理爐中加熱到560°C，保溫45min，再加熱到660°C，保溫26min，再加熱到770V，保溫59min后空冷至室溫。
[0026](4)人工時(shí)效:將步驟(3)處理后的人工股骨頭半成品置入時(shí)效爐中加熱至331°C，保溫5小時(shí)后水冷到室溫。
[0027](5)深冷處理:人工時(shí)效后的人工股骨頭半成品置入深冷箱，降溫到_160°C，深冷處理29min后恢復(fù)到室溫。
[0028](6)固溶處理:將深冷處理后的人工股骨頭半成品置入固溶處理爐中，加熱至850°C，保溫I小時(shí)后水淬。
[0029](7)第二次人工時(shí)效:將固溶處理后的人工股骨頭半成品置入時(shí)效爐中加熱至350°C，保溫5小時(shí)后水冷到室