[发明专利]一种低碳低氧钛镍合金大型铸锭的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种钛镍合金熔炼方法，特别是一种低碳低氧钛镍形状记忆合金大型铸锭的熔炼方法。

背景技术：

钛镍基形状记忆合金是20世纪六十年代兴起的一种具有形状记忆、超弹性和高阻尼三大特性的新型金属功能材料，同时还具有优良的生物相容性，在医疗卫生领域得到了广泛的应用。钛镍医用材料主要指二元系TiNi等原子比合金，包括医用接骨板、血管内支架、医用导管、医用细丝及其延伸产品(如牙齿矫形丝、内支架、手术缝合线等)，充分利用其优良的形状记忆、超弹性和生物相容性。

医用钛镍材料对合金的杂质元素有严格的要求，美标ASTM F2063、国标GB24627明确表示：C％≤0.05％，(O+N)％≤0.05％，H％≤0.005％等。目前国内钛镍合金铸锭一般都采用中频感应熔炼的方式获得，虽然这种方法能够得到组织均匀，成分配比合适的铸锭，但是由于熔炼选用石墨坩埚，C、O元素的含量不能有效控制，杂质含量相对较高，不能满足医用钛镍形状记忆合金毛细管、超细丝等高技术含量的产品对铸锭质量的要求。

随着钛镍合金应用范围及需求的不断扩大，材料性能的均匀稳定性也有了更高的要求。现今采用的25Kg中频感应熔炼一般制备10～15Kg的小型铸锭，且合金的流动性较差，以及浇注条件的限制，不可避免地产生气孔、冷隔等缺陷。为提高材料的成材率及批次稳定性，大型铸锭的研制成为必然的趋势。

本发明采用中频感应熔炼与真空自耗炉熔炼二次熔炼相结合的方法，严格控制感应熔炼一次锭的杂质含量，利用自耗炉熔炼增大锭型，获得成分均匀、洁净的大型钛镍铸锭。

发明内容：

本发明的构思是，先采用中频感应熔炼得到组织均匀的钛镍合金一次铸锭，关键是采用CaO坩埚有效降低合金杂质含量。再将其组焊为自耗电极，通过真空自耗炉熔炼制备70～130Kg的铸锭。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种低碳低氧钛镍合金大型铸锭的制备方法，先采用真空感应炉熔炼制备钛镍合金一次铸锭，再将钛镍合金一次铸锭组焊成为自耗电极进行真空自耗炉熔炼成为钛镍合金二次铸锭。钛镍合金一次铸锭的杂质含量控制及组焊前的处理，自耗熔炼的真空度要求是本发明的关键。

原材料须选用0级海绵钛、Ni9999电解镍，采用25Kg中频真空感应熔炼15Kg的一次钛镍合金铸锭。感应熔炼采用CaO坩埚有效降低合金杂质含量：C％≤0.04％，(O+N)％≤0.04％，H％≤0.005％等。对一次锭切除冒口，扒皮处理后，进行组焊作为自耗电极，由于电极长度的限制，组焊的一次锭个数可以选择6～12个之间。真空自耗炉熔炼就可得到，70～130Kg的二次铸锭。

所述钛镍合金一次铸锭原材料选用0级海绵钛和牌号为Ni9999的电解镍。

所述真空感应炉的坩埚是CaO坩埚。

所述钛镍合金一次铸锭的杂质含量为C％≤0.04％、(O+N)％≤0.04％、H％≤0.005％。

所述真空感应炉为25Kg真空感应炉。

所述钛镍合金一次铸锭须切除冒口，扒皮处理后，再进行组焊自耗电极。

所述钛镍合金真空自耗炉熔炼选用Φ160～Φ220mm铜坩埚，真空度低于10^-1Pa。

所述钛镍合金二次铸锭为70～130Kg。

所述钛镍合金二次铸锭中镍含量为49～52at％。

所述钛镍合金二次铸锭中杂质元素含量为C％≤0.05％、O+N％≤0.05％、H％≤0.005％。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明在感应熔炼得到匀质钛镍铸锭的基础上，采用CaO坩埚有效降低合金杂质含量，再通过二次自耗炉熔炼，实现了符合医用钛镍合金要求的100Kg以上的大型钛镍铸锭。

具体实施方式：

下面对本发明做进一步详细描述：

实施例1：

TiNi49(Ti-Ni49at％)合金Φ160-70Kg铸锭的熔炼方法：先将原材料0级海绵钛、Ni9999电解镍按照Ti-Ni49at％(Ti-Ni54.08wt％)配比，在装有CaO坩埚的25Kg中频真空感应熔炼Φ100-15Kg的一次钛镍合金铸锭。取样分析表明：C％＝0.022％，(O+N)％＝0.040％，H％＝0.002％。将一次锭切除冒口，扒皮处理后，选用6个进行组焊作为自耗电极，重量为70Kg。真空自耗炉熔炼选用Φ160mm铜坩埚，真空度低于10^-1Pa，获得Φ160-70Kg铸锭。杂质元素取样分析表明：C％＝0.026％，(O+N)％＝0.045％，H％＝0.002％。