[发明专利]一种增材制造医疗应用钛基合金、后处理方法及应用

说明书

本发明属于医疗应用技术领域，公开了一种增材制造医疗应用钛基合金、后处理方法及应用，将制品放置到密闭的容器中，向容器内充惰性气体，在很高的温度和很高的压力下，使制品得以烧结或致密化；在HIP工艺参数下，提高制品密度和物理、机械性能，特别是未完全熔化粉末致密可增加耐磨性；进行辅助热处理和表面处理。本发明提供的增材制造医疗应用钛基合金的后处理方法，可改善增材制造零件的机械性能，特别是致密化可提高零件耐磨性，使后续辅助的热处理和表面处理效果大大提高。本发明再辅助热处理(HT)和表面处理可以满足不同应用场景。

技术领域

本发明属于医疗应用技术领域，尤其涉及一种增材制造医疗应用钛基合金、后处理方法及应用。

背景技术

目前，增材制造(AM)或称3D打印是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造的新兴制造技术，在个性化定制、复杂结构部件制备等方面具有与医疗应用结合的显著优势。钛和钛合金由于良好的机械性能，生物相容性和耐腐蚀性，是目前增材制造应用最广泛的金属材料，并可作为植入物用于人体内部环境。结合增材制造的多孔结构，比如类似骨小梁结构可促进组织生长和投放药物。尽管增材制造的工艺在不断改进，但是增材制造的零件时常会伴随着残余应力、气孔、粉末未完全熔化等缺陷的存在。钛及钛合金缺点是硬度较低，耐磨性差。若磨损发生，首先导致氧化膜破坏，随后磨损的颗粒腐蚀产物进人体组织，尤其是Ti-6A1-4V合金中含有毒性的钒(V)可导致植入物的失效。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：增材制造的零件时常会伴随着残余应力、气孔、粉末未完全熔化等缺陷的存在。钛及钛合金缺点是硬度较低，耐磨性差。若磨损发生，首先导致氧化膜破坏，随后磨损的颗粒腐蚀产物进人体组织，尤其是Ti-6A1-4V合金中含有毒性的钒(V)可导致植入物的失效。

解决以上问题及缺陷的难度为：

孔隙的来源有两种：一种是粉末生产过程中自带的空洞。另外一种是来自于增材制造过程中的。可能的原因包括：元素的蒸发，比如铝；球粒效应，溅射效应，施加的能量不足，等等。粉末颗粒的尺寸存在分布，同时输入的能量流(激光或者电子束)也存在高斯类的分布。这些非一致性造成了熔融池在固化过程中形成很多细小的钥匙孔。这些非均质分布的空洞可能会塌陷一起形成更大的孔隙。现在的增材制造技术经过优化可以达到99.8％的相对密度。即使如此，这些孔隙仍然可以造成疲劳强度的大量降低。

解决以上问题及缺陷的意义为：以往的HIP以及其他的热处理方法可以达到降低缺陷的目的。但是同时这些处理方法可能伴随着晶粒增大，机械性能下降。所以后期的HIP以及热处理的工艺优化对提高产品的机械性能和寿命非常重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种增材制造医疗应用钛基合金、后处理方法及应用。

本发明是这样实现的，一种增材制造医疗应用钛基合金的后处理方法，所述增材制造医疗应用钛基合金的后处理方法包括以下步骤：

步骤一:去除残余应力：650-950℃摄氏度下处理2小时。在炉内冷却；

步骤二：热等压处理：将制品放置到密闭的容器中，向容器内充惰性气体，在很高的温度和很高的压力下，使制品得以烧结或致密化；在HIP工艺参数下，提高制品密度和物理、机械性能，特别是未完全熔化粉末致密可增加耐磨性；

步骤三：均匀化(solution/homogenization)：进行辅助热处理和表面处理，均匀化800-990℃摄氏度；

步骤四：时效性处理。(aging treatment)：450-650℃摄氏度。处理时间2-4小时。

进一步，步骤二中，温度为800℃～1050℃摄氏度；工作压力100～200MPa,0.5-4小时。

进一步，步骤三中，辅助热处理中温度为850摄氏度，2小时。