[发明专利]一种低贵金属元素含量的生物医用钛基块体非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钛(Ti)基块体非晶合金技术领域，具体涉及一种低贵金属元素含量且拥有高非晶形成能力的Ti-Cu-Zr-TM-Sn-Si-M(TM＝Fe或Co，M＝Ag、Pd、Pt、Au、Ru、Rh和Ir)系块体非晶合金及其制备方法。

背景技术

非晶合金是一种在快速冷却条件下，将原子冻结在熔融组态而获得的能在一定温度范围内保持相对稳定的亚稳态物质。非晶合金固态时原子排列呈现出短程有序、长程无序的特征，原子的三维空间呈拓扑无序状的排列。由于其特殊的原子排列结构，非晶合金并不具有晶体材料所具有的晶界与位错等缺陷，也不存在偏析、第二相等成分起伏。正是由于非晶合金这种特殊的原子结构决定了它特殊的物理、化学性能，与传统晶态材料相比，非晶合金具有高强度、高硬度、低弹性模量、高耐磨性和高耐腐蚀性能。

钛(Ti)基非晶合金与晶态钛合金相比具有更高的强度、更低的杨氏模量和卓越的耐腐蚀性，因此在生物医用材料方面具有广阔的应用前景。然而，相比Zr基、Pd基、Fe基等非晶合金系，Ti基非晶合金系的形成能力较小，能够制备出的块体非晶合金材料的临界尺寸较小。目前，开发出的具有较大形成能力的块体非晶合金普遍以Ti-Zr-Ni-Cu为基础，通过合金化的方法添加其它元素获得的。这类Ti基非晶合金含有Ni、Be等高生物毒性元素，限制了Ti基非晶合金在生物医用材料领域中的应用。非晶形成能力达到厘米级的Ti-Zr-Cu-Pd-Sn非晶合金，虽不含Ni、Be等高生物毒性元素，但其贵金属元素Pd含量较高(14at％)导致其成本太高而限制该合金系在生物医用材料领域的广泛应用。因此，开发出不含有Ni、Be等高生物毒性元素且成本相对较低的高非晶形成能力的钛基块体非晶合金材料是钛基非晶合金能够广泛应用发展的必然趋势。

发明内容

本发明的目的是通过向Ti-Cu-Zr-Fe(Co)-Sn-Si合金中添加贵金属元素进行合金化，获得同时具有高非晶形成能力、高的比强度、耐腐蚀性能优异和成本相对较低的钛基块体非晶合金，同时提供该非晶合金的制备方法。

本发明的下述技术方案是用来实现上述的发明目的：

一种低贵金属元素含量的生物医用钛基块体非晶合金，由Ti、Cu、Zr、Fe或Co、Sn、Si和贵金属元素七种元素组成，化学成分为Ti_aCu_bZr_cTM_dSn_eSi_fM_s，其中TM为Fe或Co，M为贵金属元素Ag或Pd或Pt或Au或Ru或Rh或Ir，a、b、c、d、e、f、s均为原子百分数，40≤a≤60，30≤b≤45，0.01≤c≤15，1≤d≤10，0≤e≤10，0≤f≤5，0.01≤s≤8，且a+b+c+d+e+f+s＝100。

根据所述的一种低贵金属元素含量的生物医用钛基块体非晶合金，其最大临界尺寸可达7mm。

根据所述的一种低贵金属元素含量的生物医用钛基块体非晶合金，其不含有高生物毒性的镍和铍元素，贵金属元素含量低。

根据所述的一种低贵金属元素含量的生物医用钛基块体非晶合金，其具有较高的非晶形成能力和热稳定性，具有宽的过冷液相区。

根据所述的一种低贵金属元素含量的生物医用钛基块体非晶合金，其在模拟人体溶液中具有优异的耐腐蚀性能，同时具有良好的生物相容性。

本发明还提供了制备所述的一种低贵金属元素含量的生物医用钛基块体非晶合金的方法，包括下列步骤：

步骤1：将合金配料按Ti_aCu_bZr_cTM_dSn_eSi_fM_s的原子百分比转化为质量百分比，用精度0.001g的天平计量进行合金配料；原子百分数化学成分为：Ti_aCu_bZr_cTM_dSn_eSi_fM_s，其中TM为Fe或Co，M为贵金属元素Ag、Pd、Pt、Au、Ru、Rh或Ir，a、b、c、d、e、f、s均为原子百分数，40≤a≤60，30≤b≤45，0.01≤c≤15，1≤d≤10，0≤e≤10，0≤f≤5，0.01≤s≤8，且a+b+c+d+e+f+s＝100；