[发明专利]一种低弹性模量补牙用β型钛合金及其制造方法

权利要求书

1.一种低弹性模量补牙用β型钛合金，其特征在于所述合金成分按照重量百分比分别为：Mo：23-24、Nb：12-13、Zr：2.5-2.8、Al：2.1-2.2、Cr：1.1-1.7、Ag：0.5-0.6、Fe：0.2-0.3、Ta：0.4-0.7、Cu： 0.15-0.2、Hf：0.3～0.45、Sn：0.2～0.4、Er：0.05-0.08、O≤0.05、H≤0.01、C≤0.02、N≤0.01、剩余部分为Ti及不可避免的杂质构成，经热处理后形成的β型钛合金中平均结晶粒径为20-40μm；屈服强度900-1000MPa，抗拉强度1020-1150MPa，延伸率15-17％，杨氏模量40-60GPa，初生α相体积分数为22-25％，尺寸为2-3微米，次生α相体积分数为20-25％；

制造方法包括如下步骤：

(1)原料制造：Nb、Mo、Ta、Hf以低熔点中间合金的形式作为原料，Ti-Al中间合金，该中间合金中Al质量比为72％；Ti-Zr中间合金，该中间合金中Zr质量比为56％；Ti-Cr中间合金，该中间合金中Cr质量比为47％；Ti-Fe中间合金，该中间合金中Fe质量比为30％；Ag、Cu、Er、Sn以金属单质的形式存在；以海绵钛提供主要的Ti来源，通过调整原料，考虑到元素烧损，使最终成分满足目标钛合金产品成分即可；

(2)熔炼将称量好的各原材料按熔点由低到高的顺序依次加入中频感应熔炼炉中，抽真空至≤10Pa；然后充入惰性气体，在惰性气体压力为1×10^-2Pa保护熔炼，熔炼电流为120-130A，熔炼时间为35～40min； 待物料完全化清后抽真空精炼，精炼完后将合金熔体铸入于200±5℃环境下预热过的模具中，获得直径为50mm，长度为30cm的金属棒，作为自耗式电极；

(3)制粉将步骤(2)之后的自耗式电极进行重熔、精炼、扒渣，得到符合产品洁净度的钛合金溶液；保证过热度为180-200℃，之后进行雾化制粉，雾化制粉的具体工艺参数为：液流速率为10kg/min～15kg/min，雾化介质为氮气，雾化气流压力为10MPa～15MPa，雾化快速冷凝装置的雾化喷嘴直径为5mm～6mm；雾化结束后待粉末完全冷却，在氮气保护气氛中筛分，得到粒径在10-20微米的钛合金粉体；

(4)3D打印获取待补牙位置的形状信息，对补牙钛合金的形貌进行测量，以获得的粒径在10-20微米的钛合金粉体作为原料，完成3D打印前的其他准备工作；控制激光功率300W，扫描速度为1000-1100mm/s，氩气保护气氛下打印，依据获取的待补牙位置的形状信息，控制打印每一层截面区域的金属粉末厚度0.2-0.3mm，逐层打印为目标形状的补牙用钛合金；使用冷却速度为10-30℃/s对补牙用钛合金冷却，冷却到室温后使用超声波清洗2-3min，清洗后在100℃烘干；

(5)热处理在真空度为100Pa以内进行热处理，固溶处理的温度为890-900℃，保温时间为20-25分钟，水冷淬火10-15秒；之后以10-30℃/min的升温速度加热到660℃～670℃保温0.2-0.3小时进行人工时效处理，之后空冷得到低弹性模量补牙用β型钛合金。

2.如权利要求1所述的一种低弹性模量补牙用β型钛合金，其特征在于所述合金成分按照重量百分比分别为：Mo：23.2-23.8、Nb：12.2-12.8、Zr：2.6-2.7、Al：2.1-2.15、Cr：1.2-1.6、Ag：0.5-0.58、Fe：0.2-0.27、Ta：0.45-0.65、Cu 0.15-0.18、Hf：0.35～0.45、Sn：0.25～0.35、Er：0.05-0.07、O≤0.05、H≤0.01、C≤0.02、N≤0.01、剩余部分为Ti及不可避免的杂质构成。

3.如权利要求1所述的一种低弹性模量补牙用β型钛合金，其特征在于所述合金成分按照重量百分比分别为：Mo：23、Nb：12、Zr：2.5、Al：2.1、Cr：1.1、Ag：0.5、Fe：0.2、Ta：0.4、Cu：0.15、Hf：0.3、Sn：0.2、Er：0.05、O≤0.05、H≤0.01、C≤0.02、N≤0.01、剩余部分为Ti及不可避免的杂质构成。