[发明专利]一种高强度低弹性模量TENZ合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度低弹性模量TENZ合金及其制备方法，涉及钛合金材料制备及加工技术领域。本发明的高强度低弹性模量TENZ合金包括以下重量百分比的合金元素：Nb2.0％～3.0％，Zr5.5％～6.5％，Mo6.0％～7.0％，Sn0.5％～1.5％，Fe0.3％～0.7％，O0.12％～0.20％，余量为Ti。本发明的钛合金材料弹性模量为TC4/TC4ELI的80％～85％，抗拉强度为900～1000Mpa，与医用TC4/TC4ELI、TC20钛合金相当，屈服强度为800～900Mpa，与医用TC4/TC4ELI、TC20钛合金强度相当；伸长率大于18％，断面收缩率大于55％，塑性指标较TC4提高30％以上。同时，本发明的TENZ钛合金的中间合金为常规通用合金，制造成本适中，可工业化批产，且取消了具有微量毒性的Al、V加入，满足人体植入材料的无毒无害性并具有较好的生物相容性。

技术领域

本发明涉及钛合金材料制备及加工技术领域，尤其涉及一种高强度低弹性模量TENZ合金及其制备方法。

背景技术

医用钛合金的研究开发具有重大的经济效益和社会效益。β系钛合金具有良好的综合性能，是新一代生物医用优选金属材料。根据生物医用材料的发展需求，发明出综合性能良好的低弹性模量的钛合金，具有重要的科学意义和应用价值。

开发医学专用钛合金的出发点不仅要符合物理稳定性和化学稳定性条件，更重要的是满足生物相容性条件。目前使用最为广泛的Ti6Al4V合金虽有很好的生物相容性，但V的细胞毒性很强；替代V而开发出的Ti6Al7Nb合金达到无毒要求，但是Al的在人体内积累会对神经系统造成损害。鉴于常规钛合金中Al是必须添加元素，给无Al、无V钛合金的研制增加了难度。随着医学运动学等研究的深入，植入物材料与植入物部位弹性模量不一致性引起的“应力屏蔽”问题一直备受关注。为了保证低弹性模量，合金中一般含有大量高熔点元素，给医用钛合金熔炼中成分均匀性控制带来困难。从而高强高韧、抗腐蚀、低弹性模量材料成为新一轮研究的热点，其中不含有毒有害元素的β钛合金由于其综合优势更受到关注。然而，现有医学专用钛合金依然存在弹性模量较高、生物相容性差、成本较高等诸多不足。

发明内容

本发明针对常规医用TC4/TC4ELI合金、TC20合金存在的不足，从原材料准备、成分配比设计、锻造、轧制、热处理工艺等方面入手开展深入研究，以0级海绵钛、铌锆合金、海绵锆、钛钼合金、钛锡合金为主要添加原材料，提供了一种高强度低弹性模量TENZ合金及其制备方法。所述高强度低弹性模量TENZ合金及其制备方法包括以下重量百分比的合金元素：Nb2.0％～3.0％，Zr5.5％～6.5％，Mo6.0％～7.0％，Sn0.5％～1.5％，Fe0.3％～0.7％，O0.12％～0.20％，余量为Ti。

进一步地，所述合金元素的原料为0级海绵钛、铌锆合金、海绵锆、钛锡合金、钛钼合金、钛铁合金、氧化钛中的一种或几种。

进一步地，所述海绵钛的规格为0.83～12.7mm；铌锆合金为屑状；选用海绵锆规格为1～3mm；钛锡合金为屑状：钛钼合金规格为1～3mm；钛铁合金规格为1～3mm。

进一步地，所述铌锆合金中铌与锆的重量比为9:1，钛锡合金中钛与锡的重量比为2:8，钛钼合金中钛与钼的重量比为7:3，钛铁合金中钛与铁的重量比为68:32。

本发明还提供了所述高强度低弹性模量TENZ合金及其制备方法的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按成分配比原料后原料在模具中合理布料，液压机压制成电极杆；

(2)电极杆经3次熔炼得到铸锭；本发明采用VAR炉对电极杆进行多次熔炼，保证了易偏析Mo、Nb、Fe等成分的均匀性；

(3)将铸锭锻造后轧制；

(4)将轧制后的材料进行大气炉退火；

(5)退火完成后的合金材料经校直，磨光，得到高强度低弹性模量TENZ合金及其制备方法。