[发明专利]一种生物医学植入用抗氢脆钛合金及其生产方法

说明书

本发明属于抗氢脆钛合金技术领域，具体涉及一种生物医学植入用抗氢脆钛合金及其生产方法。抗氢脆钛合金的材料主体为钛合金，在材料主体中分散有富Nd第二相颗粒，其化学成份按重量百分数计为：Al为8～12％，Sn为6～10％，Z为3～6％，Mo为2～5％，Si为1～3％，Nd为1～3％，余量为Ti。其生产方法包括步骤：熔炼，并浇筑成型；均热处理；粗轧；精轧；层流冷却；卷取，制得热轧板卷；将热轧板卷进行热处理保温后水淬，得到生物医学植入用抗氢脆钛合金。本发明的生物医学植入用钛合金含有大量均匀弥散分布的富Nd第二相颗粒既满足了抗氢脆的性能要求，又满足了高强度和高韧性的机械性能要求，为人体环境下使用生物医学植入钛合金结构件提供了生产原料。

技术领域

本发明属于抗氢脆钛合金技术领域，具体涉及一种生物医学植入用抗氢脆钛合金及其生产方法。

背景技术

钛合金以其高比强度，高热强度，小密度，良好的抗蚀性、低温性能和吸气性能等优点，而被广泛应用于生物医学植入用骨钉、骨板及人工关节等重要的金属植入材料。在人体的服役环境中，氢作为元素周期表中第一元素会以氢气(H₂)、水(H₂O)、氢化物(H₂S、HF、HCl等)以及其它气液形式无处不在。由于氢原子结构最简单、体积最小，因而它能轻易的从钛合金表面向内扩散，氢原子聚集于基体内，使其结合强度降低，同时在循环应力的作用下导致其最终开裂，这种现象被称为氢脆，也被称作氢致延迟断裂或氢致损伤。钛合金氢脆通常断裂前没有明显现象，事发突然往往引起严重后果。近年来，随着钛合金在生物医学植入领域中的大量应用，钛合金氢脆断裂的频发造成了大量骨折断裂的严重问题，为了保证生物医学植入钛合金的安全可靠性，急需开发出一种能够抵抗氢脆产生的生物医学植入用钛合金。

目前，为了使生物医学植入用钛合金在人体氢存在的环境下避免氢脆，钛合金的表面会镀上一层膜用以阻止金属吸入氢原子。但是，如果镀层出现了裂纹，钛合金就会暴露出来，并且由于氢原子尺寸极小，能够在任何钛合金中扩散，镀层只能起到延缓氢脆的作用，不能从根本上抵抗氢脆。由于氢脆主要由扩散氢所致，如果能在钛合金中制备出一系列能够在氢原子进入钛合金之初就将其困住的不可逆氢陷阱，这些不可逆氢陷阱就会像钛合金内部海绵一样牢牢将扩散氢原子富集在其周围，这样就不会对钛合金材料性能造成危害了。根据此原理，本发明通过在钛合金中添加适量的稀土Nd会以内氧化的形式形成一种富Nd第二相颗粒弥散分布于钛合金基体中。这种富Nd第二相颗粒与氢原子结合力较大，可将氢原子牢牢吸附在其周围，当该第二相颗粒足够多时即可形成大量不可逆氢富集住扩散氢，从而使生物医学植入用钛合金从根本上防止了氢脆的产生。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种生物医学植入用抗氢脆钛合金及其生产方法。本发明生产的生物医学植入用钛合金含有大量均匀弥散分布的富Nd第二相颗粒既满足了抗氢脆的性能要求，又满足了高强度和高韧性的机械性能要求，为人体环境下使用的各种生物医学植入钛合金结构件提供了优选的生产原料。

本发明所提供的技术方案如下：

一种生物医学植入用抗氢脆钛合金，其材料主体为钛合金，在所述材料主体中分散有富Nd第二相颗粒。

上述技术方案所提供的生物医学植入用抗氢脆钛合金，以富Nd第二相颗粒形成的富Nd第二相颗粒作为不可逆氢陷阱，可固定住钛合金中扩散氢原子，从而实现钛合金的抗氢脆性能，其原理如图1所示，富Nd第二相颗粒作为不可逆氢陷阱，可固定住钛合金中扩散氢原子。

具体的：

所述富Nd第二相颗粒的平均粒径在100～200μm之间；

所述富Nd第二相颗粒的数量为1000～3000颗/立方厘米；

Nd的百分含量为1～3wt％；

所述富Nd第二相颗粒的形状为椭球型；