[发明专利]一种含高钯低铜的钛基块体非晶合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及可用于生物医用和化工领域的钛合金，具体涉及一种高钯低铜含量的Ti-Pd-Cu-Zr-Sn-Hf-Si块体非晶合金及其制备方法。

背景技术

生物医用材料主要应用于人体组织器官的修复与替换，它一直都是人类关注的焦点，而钛合金更是以其良好的耐蚀性能、力学性能和生物相容性赢得了人们的青睐，是生物医用材料领域研究的重点。

随着技术经济的发展，对钛合金材料性能的要求也越来越高，人们希望能获得更高强度，更低弹性模量和更好的生物相容性的钛合金来满足飞速发展的生物工程技术的需要，钛基非晶合金在拥有晶体钛合金优异性能的同时，还具有独特的性能，如更高的强度，优异的腐蚀性能和更低的弹性模量。目前已获得的钛基大块非晶合金普遍是以Ti-Zr-Cu-Ni为基础，同时添加其他元素获得大块非晶，虽具有非晶合金的一些优异特性，但合金中含有大量的对人体有毒金属元素，长期植入人体后，有毒金属元素会以离子形式释放出来，对人体产生细胞毒素和神经毒素。如日本东北大学的井上明久课题组制备的Ti₄₀Zr₁₀Cu₃₄Pd₁₄Sn₂大块非晶，该合金具有良好的力学性能和优异的耐腐蚀性，但合金成分中含有大量的有毒元素铜。铜离子的释放会对人体产生一定的毒素，降低了非晶合金作为生物医用材料的安全性。

发明内容

本发明的目的是获得一种低铜含量的可用于生物医用和化工领域钛基块体非晶合金。通过降低铜元素的含量，提高钯的含量，同时添加铪和硅来获得大块尺寸的非晶合金。

一种含高钯低铜的钛基块体非晶合金，其特征在于：所述合金组成成分为原子百分比：Ti40％～45％、Pd24％～30％、Cu10％～15％、Zr5％～10％、Sn4％～8％。

进一步的，所述合金组成成分为原子百分比为：Ti为45％、Pd为25％、Cu为15％、Zr为10％、Sn为5％。

进一步的，所述合金组成成分还可以进一步包括：Hf0％～3％。

进一步的，所述合金组成成分为原子百分比为：Ti43％、Pd25％、Cu15％、Zr10％、Sn5％、Hf2％。

进一步的，所述合金组成成分还可以进一步包括：Si0％～3％。

进一步的，所述合金组成成分为原子百分比为：Ti42.57％、Pd24.75％、Cu14.85％、Zr9.9％、Sn4.95％、Hf1.98％、Si1％。

进一步的，所述合金组成成分为原子百分比为：Ti42.14％、Pd24.5％、Cu14.7％、Zr9.8％、Sn4.9％、Hf1.96％、Si2％。

一种钛基块体非晶合金的制备方法，所述方法如下：采用市售的纯金属Ti、Pd、Cu、Zr、Hf、Sn和Si为原料，上述金属纯度高于99.9％(重量百分比)，按照合金成分原子百分比进行配比，在有钛锭保护的氩气气氛下进行电弧熔炼；熔炼前抽真空至5×10^-3Pa，随后冲入氩气至压力约为0.05MPa进行熔炼，每个母合金至少熔炼4次，以保证母合金锭成分均匀；随后通过水冷铜模吸铸制备3mm的棒状钛基非晶合金。

本发明的有益效果是：

1、本发明的钛基非晶合金的有毒元素铜含量低，作为生物医用材料植入人体后大大降低了材料对人体组织所造成的危害性。

金属元素植入人体后会产生一系列的生物效应，按照金属元素对人体所产生的不同作用，可将其分为三大类，即必需元素、有害元素、及有毒元素。通过相关文献报道可以知道，Al、V、Cu、Ni、Co和Cr等属于有毒元素。本发明的最显著特征减少了合金中的铜的含量。

同时，为了克服大幅度减少Cu含量所带来的非晶形成能力的降低，本专利提高了对人体无害的元素钯的含量，并通过加入铪和硅进一步增大非晶形成能力和稳定性。经过大量实验，获得了较大临界尺寸的块体Ti-Pd-Cu-Zr-Sn-Hf-Si块体非晶合金。该种合金降低了有毒元素铜对人体的危害，提高了块体非晶合金的生物安全性。

2、本发明的钛基块体非晶合金具有优异的耐腐蚀性能。