[发明专利]新型β型钛合金低模量高精度超细晶箔材制备方法

说明书

提供一种新型β型钛合金低模量高精度超细晶箔材制备方法，将几种配料通过真空自耗电弧炉熔炼形成含有Nb、Ta、Zr、Mo、Sn、Fe元素的钛合金，具有较好的生物相容性，对身体具有较小的毒性，提高材料的强度，有助于提高材料的腐蚀磨损性能，降低弹性模量，能显著降低钛合金的马氏体转变温度，使晶粒尺寸减小，具有更高的与造骨细胞的附着力和更高的细胞附着力性能；采用大变形量交叉轧制和中间退火工艺，再经过多道次的板坯轧制和堆叠精轧制，优化轧制工艺参数和退火温度，形成的钛合金箔材，保证板材的力学性能各向同性，获得均匀、细小的晶粒组织，使钛合金箔材结构缺陷少、晶粒结构细致、均匀度高、板材材料内部力学性能各向同性高。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种新型β型钛合金低模量高精度超细晶箔材制备方法。

背景技术

随着经济的高速发展、人们生活水平和医疗需求的不断提高以及生物技术的不断创新和重大突破，钛合金在生物医用的需求量快速增长。目前，硬组织植入材料中主要以钛及钛合金为主，这是由于钛合金的无生物毒性、高的比强度及优良的耐腐蚀性所决定的。但是，由于在医学中广泛应用的TC4 和TC4ELI医用钛合金存中V和Al元素存在致病性，加上人们对于医用植入材料的性能要求也越来越严格，所以研发新型医用钛合金势在必行，并且具有重大的现实意义和市场前景。医用钛合金的发展也围绕着提高生物相容性和生物力学相容性，以及降低弹性模量，依次经历了三个阶段：第一代是以商业纯钛为代表的α-钛合金；第二代是以Ti-6Al-4V(质量比)为代表(α+ β)-钛合金；这两代医用钛合金的弹性模量(110Gpa)虽接近骨的弹性模量，但还是远高于骨(10～30GPa)。第三代是以Ti-13Nb-13Zr(质量比)为代表的纯β-钛合金，具有更接近骨的弹性模量，而且不含对人体有害的V、Al、Cr等元素。目前，制备医用钛基记忆合金的方法主要沿用常规钛合金的制备方法，即采用高温熔炼制备出合金，然后轧制成型，随后辅助热处理来提高可恢复应变和强度，弹性模量主要是由合金成分来调整。然而，采用这种常规方法制备出的医用钛合金难以同时获得高的可恢复应变、低弹性模量和高强度等满足医用植入要求的优良性能。诸如，Ti-24Nb(原子比)合金冷轧后经300 ℃、10分钟短时退火处理，可展现出较低的弹性模量(35GPa)和较高的拉伸强度(900MPa)，但可恢复应变只有2.5％；为了进一步提高可恢复应变，在二元合金基础上又添加其它组元。但是，常规方法很难制备出一些异形植入器件，即使能够制备也存在工序复杂、生产成本高等缺点；同时，在不改变合金成分的基础上，常规方法很难进一步降低合金的弹性模量。因此有必要提出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种新型β型钛合金低模量高精度超细晶箔材制备方法，形成一种具有较好的生物相容性，对身体具有较小的毒性，有助于提高材料的腐蚀磨损性能，低弹性模量，使晶粒尺寸减小，具有更高的与造骨细胞的附着力和更高的细胞附着力性能的钛合金；并采用大变形量交叉轧制和中间退火工艺，再经过多道次的板坯轧制和堆叠精轧制，形成的钛合金箔材，保证板材的力学性能各向同性，获得均匀、细小的晶粒组织，使钛合金箔材结构缺陷少、晶粒结构细致、均匀度高。

本发明采用的技术方案：新型β型钛合金低模量高精度超细晶箔材制备方法，包括以下步骤：

步骤1：原材料准备，选择Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn-3Nb中间合金，Fe、 Ta纯金属，去除材料表面杂质和油污；

步骤2：清理炉膛，保证真空室内无掉落杂物，清理反应器，避免污染，保持高纯环境；

步骤3：将准备好的Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn-3Nb钛合金、Fe、Ta纯金属配料，在真空自耗电弧炉熔炼四次，保证炉膛真空度≤0.006pa，维持熔炼温度≥1850℃，熔炼速度保持在≤35kg/h，并适度操控电弧炉温度，保证物料充分融化，待全部物料熔化后，搅拌均匀，获得钛合金熔体；